Entropie/ Gleichgewichtsverteilung Flashcards
Was versteht man unter einer Zustandssumme? Wozu wird diese Größe benutzt?
ist die Summe aller möglichen energetischen Zustände eines Systems, mittels welcher die Wahrscheinlichkeit eines bestimmten Zustandes und damit alle thermodynamischen Systemparameter berechnet werden können
Z=∑exp((-ε)⁄k T)
Boltzmann-Formel für die Entropie (= statistische Entropiedefinition):
S = kB * ln(Ω)
mit k = Boltzmann-Konstante und
Ω = Phasenraumvolumen (Zahl erreichbarer Zustände)
Ein Molekül kann die Energiewerte ε1 und ε2 aufweisen. In welchem Verhältnis stehen die zugehörigen Besetzungsdichten N(ε1) und N (ε2)?
Boltzmann-Verteilung:
N(ε1))/(N(ε2))=exp((-ε1-ε2)/kT
Wie lautet die Boltzmann-Verteilung? Was beschreibt sie?
p(εi)=(exp((-ε)⁄kT))/Z
Gibt die Zustandwahrscheinlichkeit eines Systems im thermodynamischen Gleichgewicht an
Energiekurve (G gegen Abstand): wohin wirken die Kräfte?
Kraftpfeile von Ort hangabwärts
Wo liegen die Gleichgewichte? Welches ist stärker besetzt?
An energiearmen Zuständen → Minima; je niedriger desto stärker besetzt
Je nach Wirkungsrichtung (von Ort aus)gelangen Teilchen auch an weniger energiearme Minima
Teilchen, die abseits der Maxima starten, gelangen nicht ins Gleichgewicht
Wie lautet der Zusammenhang zwischen Energie und Kraft?
Wenn auf eine Masse eine Kraft wirkt, so wird der Masse über die verrichtete Arbeit Energie zugeführt
Bestimmung der mittleren Öffnungs- und Schließdauern von Ionenkanälen zur Bestimmung der Energiedifferenz der Zustände?
Patch-Clamp misst Strom durch Pore
Annahme: Besetzungsdichte = Verweildauer = 1/Geschwindigkeitskonstante ist Boltzmann-verteilt
Klassische Entropieformel:
dS=dQ/T
Benutzen Sie die klassische Entropiedefinition, um die Entropieänderung zu berechnen, wenn eine Zellkultur am Tag bei Raumtemperatur (23°C)eine Wärmemenge von 1J abgibt!
ΔS=1J/296K=0,0034 J⁄K
Der erste HS der Thermodynamik lautet dU = ∂W + ∂Q. Was ist der mathematische Unterschied zwischen dU und ∂Q?
dU ist eine Zustandsfunktion,
∂Q ist eine nicht-Zustandsfunktion (unterschiedliche Schreibweise)
U = innere Energie
Unter welchen mathematischen Voraussetzungen beschreibt dU einen reversiblen Vorgang?
dU wird reversibel bei Entkopplung von Arbeit und Wärme. Das Kreisintegral von Wärme und Arbeit wird Null, weshalb diese als Zustandsfunktionen betrachtet werden können. Theoretisch wäre dU also reversibel ohne z.B. Reibung und Wärmeverlust und sämtliche
investierte Energie könnte zurückgewonnen werden.
Natürliche Vorgänge sind in der Regel nicht reversibel. Die Gibbsche Fundamentalgleichung dG = -SdT + Vdp enthält aber nur reversible Terme. Wieso ist sie trotzdem für natürliche Vorgänge anwendbar?
dU ist auch als totales Differential formulierbar und muss daher eine wegunabhängige Zustandsfunktion sein, welche auch für irreversible Prozesse anwendbar ist.
Irreversible Vorgänge sind durch negatives ΔG gekennzeichnet.
Wieso verwenden Biologen gern dG=0 als Gleichgewichtsbedingung?
Da im Organismus wie auch im Labor Temperatur und Druck meist konstant sind.
Berechnen Sie ΔG für die Formel A + 3B → AB3! Geben Sie die Gleichgewichtskonstante an!
Gleichgewichtsbedingung?
ΔG=ΔG0+RTln(K) mit K=([AB3])/([A]⋅[B]^3 )
Gleichgewichtsbedingung: ΔG=0
