A síntese de glutamina a partir de glutamato e amônia é uma reação endergônica nas condições padrão:
glutamato +NH3 <=ftharpoons glutamina De
Lembrando a relação entre a energia livre padrão de reação, De, e a constante de equilíbrio, Ke q=Cp r o d u t o s / C rea>=ntes , dada por De (onde Ke q é a razão entre as concentrações de produtos e reagentes no equilíbrio, e considerando a temperatura absoluta T approx 300 K, a constante dos gases R approx 2 cal mol^-1 K^-1, e assumindo que as concentrações de amônia e glutamato sejam mantidas em 1M, diga qual seria a maior concentração de glutamina, Cmax , para a qual a reação fosse exergônica e diga qual seria o sentido da reação na presença de E1 para concentrações de glutamina menores que C max .

Passo 1

Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma reação onde glutamato e amônia se combinam para formar glutamina. Essa reação não libera energia (é endergônica) nas condições padrão, com uma energia livre de reação ( De) de +3400 cal/mol. Precisamos encontrar a maior concentração de glutamina ( Cmax) que faz a reação liberar energia (ser exergônica) e determinar a direção da reação quando a concentração de glutamina for menor que esse valor. Para resolver isso, vamos usar a relação entre a energia livre padrão de reação e a constante de equilíbrio.

Passo 2

A relação entre a energia livre padrão de reação ( De) e a constante de equilíbrio ( Keq) é dada por:
De
Aqui:
  • R é a constante dos gases (≈ 2 cal/mol·K)
  • T é a temperatura absoluta (≈ 300 K)
  • Keq é a constante de equilíbrio, definida como a razão entre as concentrações dos produtos e reagentes no equilíbrio:
Keq = [glutamina][glutamato][NH3]

Passo 3

Para achar Keq, vamos rearranjar a fórmula:
Keq = e^-De
Substituindo os valores:
Keq = e^-3400 / (2 times 300) = e^-3400 / 600 = e^-5.666
Calculando isso:
Keq approx e^-5.6667 approx 0.0035

Passo 4

Sabendo que Keq = 0.0035, e as concentrações de glutamato e amônia são mantidas em 1 M, temos:
Keq = [glutamina]1 times 1 = [glutamina]
Portanto, a maior concentração de glutamina que mantém a reação em equilíbrio é:
Cmax = Keq approx 0.0035 , M

Passo 5

Agora, para a reação ser exergônica ( De), a concentração de glutamina deve ser menor que Cmax. Isso significa que:
[glutamina] < 0.0035 , M
Quando a concentração de glutamina está abaixo desse valor, a reação tende a avançar no sentido da formação de mais glutamina para liberar energia.

Resposta

A maior concentração de glutamina para que a reação seja exergônica é aproximadamente 0,0035 , M. Quando a concentração de glutamina está abaixo de Cmax, a reação ocorre no sentido da formação de glutamina.

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