Energia di legame

[Francesco931]

Salve a tutti. Mi scuso preventivamente per aver fatto domanda di argomento appartenente all'ambito chimico, e non a quello fisico-matematico -sebbene la differenza tra le materie di studio sia sottile-. Non avendo trovato una sezione che parli puramente di chimica in questo sito e non conoscendo nessun altro forum valido e attivo come quello di matematicamente.it, ho ritenuto opportuno chiedere in questa sezione.

La mia domanda è di carattere puramente teorico, e premetto che le mie conoscenze di chimica sono esigue, e la mia "speculazione" è venuta fuori studiando biologia.

Tenendo conto della natura dei legami chimici, come può la rottura di un legame chimico "liberare" energia? Riferiamoci, ad esempio, alla defosforilazione dell' ATP in ADP: in che senso la "rottura" del legame può liberare energia? Se io voglio vincere la forza di attrazione che lega un gruppo fosfato e il resto del nucleotide, non devo compiere lavoro? questo non rende la reazione "endoergonica" (ovvero una reazione che richieda energia)?
Io ho cercato di interpretare questa "liberazione" di energia come l'energia potenziale che si viene a ristabilire nel momento in cui rompiamo il legame, dal momento che le molecole così scisse tenderanno ad aggregarsi in alti composti.
Inoltre, che significa esattamente che i composti stanno ad "energia minore" e più stabile?

[mathbells]

"Francesco93": Riferiamoci, ad esempio, alla defosforilazione dell' ATP in ADP: in che senso la "rottura" del legame può liberare energia? Se io voglio vincere la forza di attrazione che lega un gruppo fosfato e il resto del nucleotide, non devo compiere lavoro? questo non rende la reazione "endoergonica" (ovvero una reazione che richieda energia)?

L'energia che devi fornire per "far avvenire" una reazione (in questo caso, per far rompere il legame) è quella che si chiama (mi pare di ricordare ) energia di attivazione ma poi devi considerare l'energia che puoi ottenere dalla rottura del legame, che in questo caso è certamente maggiore. E' come se tu avessi una molla compressa e mantenuta compressa da un filo. E' vero che per tagliare il filo devi compiere un certo lavoro, ma poi l'energia liberata dalla molla che si decomprime è moltomaggiore di quella usata per tagliare il filo.

"Francesco93":Inoltre, che significa esattamente che i composti stanno ad "energia minore" e più stabile?

Questo è il nocciolo della questione. In natura i sistemi tendono a preferire configurazioni a bassa energia rispetto a quelle alte. In questi casi si parla di energia potenziale, che può essere di vari tipi a seconda dei sistemi. Per un composto chimico si tratterà di energia potenziale chimica cioà quella del legame. Facciamo un esempio di altro tipo. Immagina di avere 50 libri impilati uno sull'altro a formare una "torre". Secondo te questa configurazione è più stabile o più instabile di quella in cui i 50 libri sono sparpagliati per terra? E' ovvio che sia più instabile. Da un punto di vista energetico (qui si parla di energia potenziale gravitazionale...ricordi? $U=mgh$...) l'energia potenziale della torre è molto più alta di quella dei libri quando sono per terra. Lo stato preferito dai libri è quello di stare per terra ed infatti se hai una torre del genere, basterebbe un soffio per farla crollare a terra, con una evidente "liberazione di energia" che si manifesta come moto dei libri che cadono (quindi l'energia gravitazionale si trasform ain energia cinetica). Il soffio è "l'energia di attivazione", l'enrgia cinetica dei libri è "l'energia di legame" liberata e che può essere sfruttata. Nei sistemi chimici, l'enrgia liberata in genere è sotto forma di calore (e cioè, alla fin fine, sotto forma di energia cinetica dei prodotti di reazione) oppure, se pensi alle reazioni nucleari o alle transizioni elettroniche, anche sotto forma di radiazione elettromagnetica. Un altro esempio nel campo chimico sono gli esplosivi. Cosa è un esplosivo se non una massa di molecole altamente instabili? E cioè molecole che stanno insieme "con lo sputo" ( ) (pensa alla torre di libri...) che non aspettano altro che rompere i propri legami e formarne altri che contengono molto meno energia potenziale (pensa ai libri per terra...)? L'energia di attivazione dell'esplosione può essere una semplice botta data all'esplosivo oppure una semplice scintilla (...pensa al soffio dato alla pila dilibri....). Puoi immaginare i legami chimici come molecole tenute insieme da molle compresse. Più la molla è compressa, e più energia è contenuta nel legame. Se un composto ha la possibilità (e cioè devono verificarsi diverse condizioni che tu conosci certamente meglio di me... ) di formare legami con molle meno compresse lo fa immediatamente.

A questo punto la domanda si sposta e potrebbe essere: ma perché i sistemi preferiscono stati ad energia minore? Bè...qui si sconfina nella filosofia...posso dirti solo che è una legge di natura. Come quella dell'entropia massima: a parità di energia, lo stato di equilibrio di un sistema è quello con la massima entropia.

[gio73]

"Francesco93":

Tenendo conto della natura dei legami chimici, come può la rottura di un legame chimico "liberare" energia? Riferiamoci, ad esempio, alla defosforilazione dell' ATP in ADP: in che senso la "rottura" del legame può liberare energia? Se io voglio vincere la forza di attrazione che lega un gruppo fosfato e il resto del nucleotide, non devo compiere lavoro? questo non rende la reazione "endoergonica" (ovvero una reazione che richieda energia)?
Io ho cercato di interpretare questa "liberazione" di energia come l'energia potenziale che si viene a ristabilire nel momento in cui rompiamo il legame, dal momento che le molecole così scisse tenderanno ad aggregarsi in alti composti.

Ciao, io sapevo che per rompere un legame ci vuole energia, poi magari dopo che si è rotto un legame se ne può formare un altro che appunto formandosi libera più energia di quella richiesta all'inizio, e il bilancio è positivo. Ricordo male?