Ελεύθερη ενέργεια και χρήσιμο έργο

Όπως έχετε καταλάβει, μια από τις κυρίαρχες εφαρμογές των χημικών αντιδράσεων είναι η παραγωγή ενέργειας σε μορφή χρήσιμου έργου. Τέτοιες αντιδράσεις είναι π.χ. οι καύσεις, όπου η θερμότητα που ελευθερώνεται μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή θερμών αερίων ή υδρατμών, τα οποία με τη σειρά τους μπορούν να προκαλέσουν την κίνηση στα έμβολα μιας μηχανής. Άλλες τέτοιες ενεργειακά χρήσιμες αντιδράσεις είναι αυτές που οδηγούν στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (αντιδράσεις οξειδοαναγωγής) και βρίσκουν εφαρμογές στις μπαταρίες, όπως θα δούμε στο κεφάλαιο 4. Το ζητούμενο σ’ όλες τις προηγούμενες περιπτώσεις είναι πόσο χρήσιμο έργο μπορεί να παραχθεί από την ενέργεια που ελευθερώνει η αντίδραση. Την απάντηση στο ερώτημα αυτό δίνει η θερμοδυναμική. - Το ΔG μιας αυθόρμητης αντίδρασης παριστάνει το μέγιστο διαθέσιμο χρήσιμο έργο, δηλαδή τη διαφορά μεταξύ της ελευθερούμενης κατά την αντίδραση θερμότητας υπό σταθερή πίεση (ΔΗ) και του ποσού που δεν μπορεί να μετατραπεί σε χρήσιμο έργο (ΤΔS). Με άλλα λόγια, ο όρος ΔG αντιπροσωπεύει την ενέργεια που μπορεί να μετατραπεί σε χρήσιμο έργο, καθώς επίσης και την ελάχιστη απαιτούμενη ενέργεια, ώστε να πραγματοποιήσουμε την αντίστροφη αντίδραση (μη αυθόρμητη μεταβολή). Συνεπώς έχουμε, ΔG = w max

Θα πρέπει να τονίσουμε, ότι μέρος μόνο της χρήσιμης αυτής ενέργειας αξιοποιείται. Για παράδειγμα, οι ζώντες οργανισμοί αξιοποιούν μόλις το 40% της ελεύθερης ενέργειας, που προκύπτει από την οξείδωση της γλυκόζης. Το υπόλοιπο 60% χάνεται υπό μορφή θερμότητας.