H1: Elementen en Energieën
Alle materie op de aarde is gemaakt van elementen, zij vormen moleculen die samen in
wisselwerking treden en reageren.
1.1 Elementen in cellen
Atomen willen voldoen aan de octetregel. Dit doen ze door elektronen
te delen met andere atomen. Dit noem je een covalente binding.
Biologische cellen zijn voornamelijk gemaakt van koolstof, omdat deze
een stabiel hoofdketen vormen in de omstandigheden van humane
cellen. Ze hebben een covalentie van 4.
Het Bohr model is hiernaast afgebeeld.
Het atoomnummer geeft het aantal protonen (en dus ook het aantal
neutronen) in de kern weer.
Het massagetal geeft aan hoeveel deeltjes er in de kern zitten, dus de hoeveelheid
neutronen en protonen.
Verschillende type bindingen (interacties):
• Covalente binding: twee atomen delen een elektronenpaar. Deze bestaat in een
dubbele (starre) vorm en in een enkele (draaibare) vorm.
• Ion binding: atomen met grote elektronegativiteit kunnen een geheel elektron
afpakken van een ander atoom. Hierdoor wordt het ene atoom positief geladen en
de ander negatief geladen, vervolgens trekken ze elkaar aan.
• Waterstofbruggen: doordat groepen apolair is, kunnen ze met H-atomen aan een
ander molecuul binden.
Polair: in een molecuul trekt het ene atoom harder aan een elektronenpaar dan een ander
molecuul, hierdoor wordt deze iets negatiever geladen, en het andere atoom iets positiever
geladen. Hierdoor kunnen er veranderingen in de structuur van het molecuul ontstaan.
Apolair: de atomen trekken even hard aan het elektronenpaar. Er is geen ladingsverschil.
H-atomen zijn de kleinste atomen, ze hebben een proton en een elektron.
,1.2 Elementen en energieën
Introductie
Thermodynamica bestaat uit twee delen:
• Het systeem: molecuul, cel, aarde, mens etc.
• De omgeving: de rest van het ‘universum’ buiten het systeem
Toestandsvariabelen beschrijven de staat van het systeem, onafhankelijk van hoe het
systeem in die staat is gekomen. Intensieve toestandsvariabele is onafhankelijk van de
massa, Extensieve is afhankelijk van de massa.
Interne energie
Energie (U in Joule) is een hoeveelheid die elk systeem bezit. Het vertelt ons hoeveel arbeid
het systeem zou kunnen uitvoeren of hoeveel warmte een systeem kan produceren. Wordt
gemeten in Joule.
Om de interne energie U te wijzigen:
• Arbeid op het systeem uitvoeren (arbeid>0)
• Laat het systeem arbeid op de omgeving uitvoeren (arbeid<0)
• Breng warmte in (q>0) of uit (q<0) van een systeem.
→ Energie kan niet worden opgewekt en verdwijnt niet. Het kan alleen worden
getransformeerd.
Een systeem zoekt altijd de toestand van zo laag mogelijke energie.
= toestand van hogere energie is minder waarschijnlijk.
Er zijn zo veel sub-energieën dat het te moeilijk is om een energie in een systeem precies te
bepalen. Deeltjes veranderen constant van snelheid en plaats dat het te onoverzichtelijk
wordt. Belangrijker is voor ons het verschil in energie voor en na een gebeurtenis.
Een verandering van de toestand van hoge energie naar lage energie is spontaan (exogeen),
andersom moet er energie geïnvesteerd worden (endogeen).
,Enthalpie
Enthalpieveranderingen (∆H) geven aan wat de geabsorbeerde en geproduceerde warmte
na een reactie is. Meestal door veranderingen in de interne energie.
De veranderingen in inwendige energie in een systeem en de arbeid die gepaard gaat met
de veranderingen in volume samengevat. Het representeert de energie die nodig was om
een systeem te ‘maken’.
1) Sommige systemen zetten uit als reactie op hitte. Het volume vergroot ten koste van
externe druk (bijvoorbeeld water of lucht) Dit heet volumewerk: de arbeid die het kost om
externe ‘systeem’ weg te duwen.
wv = p (druk) x ∆V
2) Niet alle warmte die toegevoegd wordt aan een systeem komt dus terecht in het
inwendige systeem, maar gaat op aan volumewerk.
∆U = qp (verschil energie) – p (volumewerk) x ∆V (verandering in volume)
3) Dus wanneer je het omdraait qp = ∆U + p x ∆V
Dus de enthalpieverandering: ∆H = ∆U + p x ∆V (alleen als ∆V niet gelijk is aan 0)
In biologische systemen vindt vrijwel geen volumeverandering plaats, dus is ∆U = ∆H
→ Verandering in energie = enthalpie
Wanneer dit zo is, is een positieve enthalpie dus endotherm (niet spontaan) en een
negatieve enthalpie exotherm (spontaan)
Entropie
Entropieveranderingen (∆ S) beïnvloeden de waarschijnlijkheid om een systeem in een
bepaalde toestand tegen te komen.
Van vast ijs tot waterdamp, de kans om het molecuul tegen te komen neemt af. Entropie
neemt hiermee toe. Er zijn twee definities voor entropie veranderingen:
- Het effect van de bepaalde hoeveelheid warmte die in of uit een systeem wordt
gestopt. (OUD)
- De verandering van de waarschijnlijkheid voor een bepaalde toestand van een
systeem.
Systemen streven altijd naar een grote entropie (meer wanorde) dit kost namelijk zo min
mogelijk energie voor het systeem.
∆H = qp = T x ∆S (entropie) bij entropieveranderingen speelt de temperatuur ook een rol. Bij
enthalpieveranderingen niet.
, ‘Staat’ houdt niet in dat de deeltjes bijvoorbeeld bevroren zijn of los. Maar het betekent de
verdeling van verschillende deeltjes.
- Macrostaat: een bepaalde verdeling van de deeltjes
- Microstaat: een bepaalde mogelijkheid ter verdeling van deze deeltjes. Hoe meer
microstaten hoe grotere kans dat je een systeem zo aantreft.
Alle materie op de aarde is gemaakt van elementen, zij vormen moleculen die samen in
wisselwerking treden en reageren.
1.1 Elementen in cellen
Atomen willen voldoen aan de octetregel. Dit doen ze door elektronen
te delen met andere atomen. Dit noem je een covalente binding.
Biologische cellen zijn voornamelijk gemaakt van koolstof, omdat deze
een stabiel hoofdketen vormen in de omstandigheden van humane
cellen. Ze hebben een covalentie van 4.
Het Bohr model is hiernaast afgebeeld.
Het atoomnummer geeft het aantal protonen (en dus ook het aantal
neutronen) in de kern weer.
Het massagetal geeft aan hoeveel deeltjes er in de kern zitten, dus de hoeveelheid
neutronen en protonen.
Verschillende type bindingen (interacties):
• Covalente binding: twee atomen delen een elektronenpaar. Deze bestaat in een
dubbele (starre) vorm en in een enkele (draaibare) vorm.
• Ion binding: atomen met grote elektronegativiteit kunnen een geheel elektron
afpakken van een ander atoom. Hierdoor wordt het ene atoom positief geladen en
de ander negatief geladen, vervolgens trekken ze elkaar aan.
• Waterstofbruggen: doordat groepen apolair is, kunnen ze met H-atomen aan een
ander molecuul binden.
Polair: in een molecuul trekt het ene atoom harder aan een elektronenpaar dan een ander
molecuul, hierdoor wordt deze iets negatiever geladen, en het andere atoom iets positiever
geladen. Hierdoor kunnen er veranderingen in de structuur van het molecuul ontstaan.
Apolair: de atomen trekken even hard aan het elektronenpaar. Er is geen ladingsverschil.
H-atomen zijn de kleinste atomen, ze hebben een proton en een elektron.
,1.2 Elementen en energieën
Introductie
Thermodynamica bestaat uit twee delen:
• Het systeem: molecuul, cel, aarde, mens etc.
• De omgeving: de rest van het ‘universum’ buiten het systeem
Toestandsvariabelen beschrijven de staat van het systeem, onafhankelijk van hoe het
systeem in die staat is gekomen. Intensieve toestandsvariabele is onafhankelijk van de
massa, Extensieve is afhankelijk van de massa.
Interne energie
Energie (U in Joule) is een hoeveelheid die elk systeem bezit. Het vertelt ons hoeveel arbeid
het systeem zou kunnen uitvoeren of hoeveel warmte een systeem kan produceren. Wordt
gemeten in Joule.
Om de interne energie U te wijzigen:
• Arbeid op het systeem uitvoeren (arbeid>0)
• Laat het systeem arbeid op de omgeving uitvoeren (arbeid<0)
• Breng warmte in (q>0) of uit (q<0) van een systeem.
→ Energie kan niet worden opgewekt en verdwijnt niet. Het kan alleen worden
getransformeerd.
Een systeem zoekt altijd de toestand van zo laag mogelijke energie.
= toestand van hogere energie is minder waarschijnlijk.
Er zijn zo veel sub-energieën dat het te moeilijk is om een energie in een systeem precies te
bepalen. Deeltjes veranderen constant van snelheid en plaats dat het te onoverzichtelijk
wordt. Belangrijker is voor ons het verschil in energie voor en na een gebeurtenis.
Een verandering van de toestand van hoge energie naar lage energie is spontaan (exogeen),
andersom moet er energie geïnvesteerd worden (endogeen).
,Enthalpie
Enthalpieveranderingen (∆H) geven aan wat de geabsorbeerde en geproduceerde warmte
na een reactie is. Meestal door veranderingen in de interne energie.
De veranderingen in inwendige energie in een systeem en de arbeid die gepaard gaat met
de veranderingen in volume samengevat. Het representeert de energie die nodig was om
een systeem te ‘maken’.
1) Sommige systemen zetten uit als reactie op hitte. Het volume vergroot ten koste van
externe druk (bijvoorbeeld water of lucht) Dit heet volumewerk: de arbeid die het kost om
externe ‘systeem’ weg te duwen.
wv = p (druk) x ∆V
2) Niet alle warmte die toegevoegd wordt aan een systeem komt dus terecht in het
inwendige systeem, maar gaat op aan volumewerk.
∆U = qp (verschil energie) – p (volumewerk) x ∆V (verandering in volume)
3) Dus wanneer je het omdraait qp = ∆U + p x ∆V
Dus de enthalpieverandering: ∆H = ∆U + p x ∆V (alleen als ∆V niet gelijk is aan 0)
In biologische systemen vindt vrijwel geen volumeverandering plaats, dus is ∆U = ∆H
→ Verandering in energie = enthalpie
Wanneer dit zo is, is een positieve enthalpie dus endotherm (niet spontaan) en een
negatieve enthalpie exotherm (spontaan)
Entropie
Entropieveranderingen (∆ S) beïnvloeden de waarschijnlijkheid om een systeem in een
bepaalde toestand tegen te komen.
Van vast ijs tot waterdamp, de kans om het molecuul tegen te komen neemt af. Entropie
neemt hiermee toe. Er zijn twee definities voor entropie veranderingen:
- Het effect van de bepaalde hoeveelheid warmte die in of uit een systeem wordt
gestopt. (OUD)
- De verandering van de waarschijnlijkheid voor een bepaalde toestand van een
systeem.
Systemen streven altijd naar een grote entropie (meer wanorde) dit kost namelijk zo min
mogelijk energie voor het systeem.
∆H = qp = T x ∆S (entropie) bij entropieveranderingen speelt de temperatuur ook een rol. Bij
enthalpieveranderingen niet.
, ‘Staat’ houdt niet in dat de deeltjes bijvoorbeeld bevroren zijn of los. Maar het betekent de
verdeling van verschillende deeltjes.
- Macrostaat: een bepaalde verdeling van de deeltjes
- Microstaat: een bepaalde mogelijkheid ter verdeling van deze deeltjes. Hoe meer
microstaten hoe grotere kans dat je een systeem zo aantreft.
