Freie Enthalpie
Synonyme: Triebkraft, Gibbs-Helmholtz Enthalpie, Gibbs-Energie
Englisch: Gibbs free energy, free enthalpy
1. Definition
Die freie Enthalpie, oder auch Gibbs-Helmholtz Enthalpie, ist ein Maß für die Triebkraft eines Prozesses und wird mit dem Buchstaben G abgekürzt. Sie wird durch die Reaktionsenthalpie und -entropie bestimmt und nach der Gibbs-Helmholtz-Gleichung berechnet.
2. Berechnung durch die Gibbs-Helmholtz-Gleichung
Die freie Enthalpie einer Reaktion wird durch über folgende Gleichung bestimmt:
ΔG = ΔH – ΔS*T
Die freie Enthalpie wird für eine bestimmte Reaktion berechnet. Dementsprechend gilt für die Berechnung, dass die Parameter H (Reaktionsenthalpie) und S (Entropie) bereits die Gesamtreaktion betrachten. Der Wert von G kann dann zur weiteren Beurteilung einer chemischen Reaktion herangezogen werden.
3. Beurteilung und Anwendung
Die freie Enthalpie gibt die Möglichkeit nun definitive Aussagen über den Reaktionsverlauf, deren Freiwilligkeit, zu treffen.
- Liegt ΔG < 0, so läuft die Reaktion freiwillig ab und es liegt eine exergonische Reaktion vor.
- Liegt ΔG > 0, so läuft die Reaktion nicht freiwillig ab und es liegt eine endergonische Reaktion vor.
Zu beachten dabei ist, dass die Begrifflichkeiten "end- und exergonisch" kein Synonym für endo- und exotherm sind.
4. Bezug zur Biologie
Alle biochemischen Reaktionen basieren auf den Gegebenheiten der freien Enthalpie. Die freie Enthalpie kann auch in diesem Falle zu weiteren Aussagen als Parameter verwendet werden und begründet eine Menge chemischer Abläufe in der Zelle. Die Zellatmung ist das übliche Beispiel. Der schrittweise Elektronentransport während der Atmungskette ist darin begründet, dass die direkte Reduktion von Sauerstoff zu Wasser eine derartige Energie (= freie Enthalpie) freisetzen würde, dass die Zelle bildlich durch die enorme Wärmeentwicklung explodieren würde. Durch die Konstruktion von 4 Komplexen wird die Energie portioniert und kann in einem Protonengradienten zwischengespeichert werden. Die zwischengespeicherte Energie kann dann praktisch zur ATP-Synthese verwendet werden.