I. Elementen & Energieën
1. Some relevant Elements
Atomen bestaat uit een kern en een elektronenwolk. De atomen variëren door de
positieve protonen in de kern en negatieve elektronen eromheen. Carbon heeft
atoomnummer 6 (aantal protonen en elektronen) en massa 12 (neutronen en
protonen).
Maar een klein deel van alle bekende elementen worden
gevonden in biologische systemen.
Elementen die in cellen aanwezig zijn,
hebben bijna nooit een buitenste gevulde
schil. Ze worden gezien als reactief.
Carbon is belangrijk in het lichaam, want het kan covalente
bindingen maken die onder cellulaire omstandigheden
kunnen ‘leven’.
Enkele bindingen kunnen nog
bewegen, bij een dubbele
binding staat de atomen vast.
C-O groepen zijn overvloedig in eiwitten.
Carbon groepen zijn ‘zuur’, ze kunnen
een proton verliezen en negatief geladen
worden.
C-N groepen worden ook vaak in
eiwitten gevonden. Amino groepen zijn
‘base’, ze kunnen protonen opnemen en
positief geladen worden.
Met een groot verschil in elektronegativiteit kan een covalente binding
worden omgezet in een ion binding.
Bij redox vindt er overdracht tussen elektronen plaats
𝐹𝑒 2+ → 𝐹𝑒 3+ + 𝑒 − , Fe is hier ‘geoxideerd’: het verliest een elektron.
𝐹𝑒 2+ ← 𝐹𝑒 3+ + 𝑒 − , Fe is hier ‘gereduceerd’: het neemt een elektron op.
𝐹𝑒 2+ + 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑖𝑠𝑒𝑟 → [𝐹𝑒 3+ + 𝑒 − + 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑖𝑠𝑒𝑟] → 𝐹𝑒 3+ + 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑒𝑟𝑠 − : Fe atoom
is geoxideerd, het verliest een elektron. De oxidator is gereduceerd, het
neemt een elektron op.
𝐹𝑒 3+ + 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 − → [𝐹𝑒 3+ + 𝑒 − + 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟] → 𝐹𝑒 2+ + 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟: Fe
atoom is gereduceerd, het neemt een elektron op. De reductor is geoxideerd,
het verliest een elektron.
Een ion binding is ook een redoxreactie.
, 2. Energie
1. Inwendige Energie
Energie: Een fundamentele waarde die aangeeft hoeveel werk een systeem zou kunnen
verrichten of hoeveel warmte dat systeem zou kunnen produceren.
𝑚2
Wordt gemeten in Joule. 1000 𝐽 = 1 𝑘𝐽. 1 𝑐𝑎𝑙 = 4.1858 𝐽. 𝐽 = 𝑘𝑔 ∙ .
𝑠2
In de thermodynamica heb je het “systeem” en de “omgeving”.
Systeem: (zelf definiëren) waar je naar kijkt, atoom, molecuul, cel, organisme, voorwerp,
planeet aarde, etc.
Omgeving: De rest van het universum. Alles behalve het systeem.
Toestand variabelen beschrijven het systeem; temperatuur, etc.
∆𝑈 = 𝑈𝐸 − 𝑈𝑆 = 𝑈𝐸𝑖𝑛𝑑 − 𝑈𝑆𝑡𝑎𝑟𝑡 . 𝑈 = 𝑖𝑛𝑤𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒.
𝑚
𝑈𝑝𝑜𝑡 = 𝑚 ∙ 9,8 2 ∙ ℎ
𝑠
Waarschijnlijkheid is belangrijk; is deze toestand waarschijnlijk of niet? (Rots berg op
duwen). De waarschijnlijkheid om de rots boven aan te treffen is kleiner dan de rost
beneden aan te treffen. Dit komt door de kans dat de rots naar beneden rolt.
Hoe meer energie wordt toegevoegd om hem naar boven te duwen, hoe meer de
waarschijnlijkheid omlaag gaat.
Dat betekent dat de verandering van een hoger naar een lagere staat van energie ‘spontaan’
is (ei laten vallen). Als het systeem de andere kant op gaat moet er energie in gestopt
worden (niet spontaan).
Om de inwendige energie van het systeem aan te passen kan je 2 dingen doen: werk
verrichten op het systeem (𝑤 > 0) of het system werk laten verrichten (𝑤 < 0) en warmte
in 𝑞 > 0) of uit (𝑞 < 0).
∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤 (𝑞 = ℎ𝑜𝑒𝑣𝑒𝑒𝑙ℎ𝑒𝑖𝑑 𝑤𝑎𝑟𝑚𝑡𝑒, 𝑤 = ℎ𝑜𝑒𝑣𝑒𝑒𝑙ℎ𝑒𝑖𝑑 𝑤𝑒𝑟𝑘.
1ste hoofdwet van de thermodynamica: “Je kan energie niet maken, creëren of generen. Je
kan het alleen veranderen in een andere vorm.
2. Enthalpie
Enthalpie/warmte inhoud (∆𝑯): Wat met het systeem gebeurt als er warmte wordt
toegevoegd of wordt uitgehaald. ∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤
Een systeem reageert op warmte door uitbreiden van het Volume V
Voor p wordt uitgegaan van een constante druk.
∆𝑈 = 𝑞𝑝 − 𝑝∆𝑉 → 𝑞𝑝 = ∆𝑈 + 𝑝∆𝑉 = ∆𝐻.
Enthalpie veranderingen zijn meestal gebonden aan het maken/verbreken van
bindingen/interacties.
Zonder de verandering in Volume, is de enthalpy verandering gelijk aan de inwendige
energie. ∆𝐻𝑝,𝑉=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡 = ∆𝑈.
1. Some relevant Elements
Atomen bestaat uit een kern en een elektronenwolk. De atomen variëren door de
positieve protonen in de kern en negatieve elektronen eromheen. Carbon heeft
atoomnummer 6 (aantal protonen en elektronen) en massa 12 (neutronen en
protonen).
Maar een klein deel van alle bekende elementen worden
gevonden in biologische systemen.
Elementen die in cellen aanwezig zijn,
hebben bijna nooit een buitenste gevulde
schil. Ze worden gezien als reactief.
Carbon is belangrijk in het lichaam, want het kan covalente
bindingen maken die onder cellulaire omstandigheden
kunnen ‘leven’.
Enkele bindingen kunnen nog
bewegen, bij een dubbele
binding staat de atomen vast.
C-O groepen zijn overvloedig in eiwitten.
Carbon groepen zijn ‘zuur’, ze kunnen
een proton verliezen en negatief geladen
worden.
C-N groepen worden ook vaak in
eiwitten gevonden. Amino groepen zijn
‘base’, ze kunnen protonen opnemen en
positief geladen worden.
Met een groot verschil in elektronegativiteit kan een covalente binding
worden omgezet in een ion binding.
Bij redox vindt er overdracht tussen elektronen plaats
𝐹𝑒 2+ → 𝐹𝑒 3+ + 𝑒 − , Fe is hier ‘geoxideerd’: het verliest een elektron.
𝐹𝑒 2+ ← 𝐹𝑒 3+ + 𝑒 − , Fe is hier ‘gereduceerd’: het neemt een elektron op.
𝐹𝑒 2+ + 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑖𝑠𝑒𝑟 → [𝐹𝑒 3+ + 𝑒 − + 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑖𝑠𝑒𝑟] → 𝐹𝑒 3+ + 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑒𝑟𝑠 − : Fe atoom
is geoxideerd, het verliest een elektron. De oxidator is gereduceerd, het
neemt een elektron op.
𝐹𝑒 3+ + 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 − → [𝐹𝑒 3+ + 𝑒 − + 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟] → 𝐹𝑒 2+ + 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟: Fe
atoom is gereduceerd, het neemt een elektron op. De reductor is geoxideerd,
het verliest een elektron.
Een ion binding is ook een redoxreactie.
, 2. Energie
1. Inwendige Energie
Energie: Een fundamentele waarde die aangeeft hoeveel werk een systeem zou kunnen
verrichten of hoeveel warmte dat systeem zou kunnen produceren.
𝑚2
Wordt gemeten in Joule. 1000 𝐽 = 1 𝑘𝐽. 1 𝑐𝑎𝑙 = 4.1858 𝐽. 𝐽 = 𝑘𝑔 ∙ .
𝑠2
In de thermodynamica heb je het “systeem” en de “omgeving”.
Systeem: (zelf definiëren) waar je naar kijkt, atoom, molecuul, cel, organisme, voorwerp,
planeet aarde, etc.
Omgeving: De rest van het universum. Alles behalve het systeem.
Toestand variabelen beschrijven het systeem; temperatuur, etc.
∆𝑈 = 𝑈𝐸 − 𝑈𝑆 = 𝑈𝐸𝑖𝑛𝑑 − 𝑈𝑆𝑡𝑎𝑟𝑡 . 𝑈 = 𝑖𝑛𝑤𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒.
𝑚
𝑈𝑝𝑜𝑡 = 𝑚 ∙ 9,8 2 ∙ ℎ
𝑠
Waarschijnlijkheid is belangrijk; is deze toestand waarschijnlijk of niet? (Rots berg op
duwen). De waarschijnlijkheid om de rots boven aan te treffen is kleiner dan de rost
beneden aan te treffen. Dit komt door de kans dat de rots naar beneden rolt.
Hoe meer energie wordt toegevoegd om hem naar boven te duwen, hoe meer de
waarschijnlijkheid omlaag gaat.
Dat betekent dat de verandering van een hoger naar een lagere staat van energie ‘spontaan’
is (ei laten vallen). Als het systeem de andere kant op gaat moet er energie in gestopt
worden (niet spontaan).
Om de inwendige energie van het systeem aan te passen kan je 2 dingen doen: werk
verrichten op het systeem (𝑤 > 0) of het system werk laten verrichten (𝑤 < 0) en warmte
in 𝑞 > 0) of uit (𝑞 < 0).
∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤 (𝑞 = ℎ𝑜𝑒𝑣𝑒𝑒𝑙ℎ𝑒𝑖𝑑 𝑤𝑎𝑟𝑚𝑡𝑒, 𝑤 = ℎ𝑜𝑒𝑣𝑒𝑒𝑙ℎ𝑒𝑖𝑑 𝑤𝑒𝑟𝑘.
1ste hoofdwet van de thermodynamica: “Je kan energie niet maken, creëren of generen. Je
kan het alleen veranderen in een andere vorm.
2. Enthalpie
Enthalpie/warmte inhoud (∆𝑯): Wat met het systeem gebeurt als er warmte wordt
toegevoegd of wordt uitgehaald. ∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤
Een systeem reageert op warmte door uitbreiden van het Volume V
Voor p wordt uitgegaan van een constante druk.
∆𝑈 = 𝑞𝑝 − 𝑝∆𝑉 → 𝑞𝑝 = ∆𝑈 + 𝑝∆𝑉 = ∆𝐻.
Enthalpie veranderingen zijn meestal gebonden aan het maken/verbreken van
bindingen/interacties.
Zonder de verandering in Volume, is de enthalpy verandering gelijk aan de inwendige
energie. ∆𝐻𝑝,𝑉=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡 = ∆𝑈.
