正如热力学定律所预测的那样,生命系统会增加其周围环境的熵。我们可以把植物王国的祖先追溯到被称为绿藻的简单得多的生物。然而,随着时间的推移,组织的增加丝毫没有违反第二定律。一个特定系统的熵,比如一个有机体,实际上可能会减少,只要宇宙的总熵——系统加上环境——增加。因此,在一个越来越随机的宇宙中,有机体是低熵的孤岛。

自由能变化d旅客:

宇宙相当于“系统”加上“环境”。

自由能源:当整个系统的温度和压力一致时,如在活细胞中,系统能做功的能量比例。

dG =d谷岩d年代

dH表示系统的变化(在生物系统中,相当于总能量);dS是系统的熵变;T是绝对温度,单位是开尔文(K)

一旦我们知道了d对于一个过程,我们可以用它来预测这个过程是否会是自发的(也就是说,它是否会在没有外界能量输入的情况下运行)。负dG是自发的。因此,要使一个过程自发地发生,系统要么放弃焓(H必须降低),要么放弃阶数(TS必须增加),或者两者都放弃:dG必须为负值(dG < 0)。这意味着每一个自发过程都会降低系统的自由能。正零的过程dG不是自发的。

自由能、稳定性和平衡:

当一个过程在系统中自发发生时,我们可以确定dG是负的。另一种思考方式dG表示最终状态的自由能和最终状态的自由能和初始状态的自由能之差。

读:
强迫症:原因与治疗

dG = G最终状态- G初始状态

因此,dG只有在从初始状态到最终状态的过程中涉及到自由能的损失时才会是负的。因为它有更少的自由能,系统在它的最终状态不太可能改变,因此比以前更稳定。

·不稳定系统(高G)往往改变以这样一种方式,他们变得更加稳定的(低G)。一名潜水员的平台比当漂浮在水中不稳定,一滴集中染料不如当染料扩散随机稳定的液体,糖分子比可以分解成的简单分子更不稳定。

另一个表示最大稳定状态的术语是平衡。自由能与平衡(包括化学平衡)之间存在着重要的关系。大多数化学反应都是可逆的,并且在一定程度上正向反应和反向反应以相同的速率发生。如果生成物和反应物的相对浓度没有进一步的净变化,则反应处于化学平衡状态。

当反应走向平衡时,反应物和生成物混合物的自由能降低。

·对于处于平衡状态的系统,G在该系统中处于其可能的最小值。从平衡位置开始的任何微小变化都是正的dG,而不是自发的。系统永远不会自发地脱离平衡。因为处于平衡状态的系统不能自发变化,所以它不做功。一个过程是自发的,只有当它走向平衡时才能工作。

读:
强迫症:原因与治疗

在回顾:

  • ·自由能较多(G值较高)>稳定性较差>工作能力较大
  • ·在自发变化
  • -系统的自由能降低(dG < 0)
  • -系统变得更加稳定
  • -释放的自由能可以用来做功>更少的自由能(更低的G) >更稳定>更少的做功能力
  • 重力运动:物体会自发地从较高的高度移动到较低的高度。
  • 扩散:一滴染料中的分子会扩散,直到它们随机分散。
  • 化学反应:在细胞中,糖分子被分解成更简单的分子。
引用这篇文章如下:威廉·安德森(学校工作助手编辑团队),《生物秩序和无序:自由能量的变化》,在SchoolWorkHelper, 2019,//www.chadjarvis.com/biological-order-and-disorder-free-energy-change/

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