Zwaarte-energie is een vorm van potentiële energie. Als een voorwerp potentiële energie bezit, dan heeft het voorwerp de ‘potentie’ om te gaan bewegen (potentiële energie wordt dan omgezet in kinetische energie). Als de potentiële energie afneemt, neemt de kinetische energie toe. Zwaarte-energie hangt samen met de gravitatiekracht, maar er zijn ook andere vormen van potentiële energie, bijvoorbeeld de elektrische energie.
In figuur 1 zie je de potentiële energie van een proton in de buurt van een ander proton. Op de verticale as staat de potentiële energie Ep, op de horizontale as staat de afstand r tussen de twee deeltjes.
Vraag a. Wat gebeurt er met de potentiële energie van het proton als het dichter bij het andere proton komt?
De afstand r wordt dan kleiner en de potentiële energie neemt dan toe.
Vraag b. Leg uit dat uit het diagram volgt dat het energie kost om het proton dichter bij het andere proton te brengen.
De toegenomen hoeveelheid potentiële energie moet ergens vandaan komen: dat is de energie die je erin moet stoppen om de deeltjes dichter naar elkaar te brengen.
In figuur 2 zie de potentiële energie van een elektron in de buurt van een proton.
Vraag c. Vul in: komt er energie vrij of kost dat energie: Als het elektron het proton nadert, ...
Als het elektron het proton nadert, komt er energie vrij.
Een waterstofatoom bestaat uit een proton met daaromheen een elektron. De potentiële energie van een waterstofatoom in de buurt van een ander waterstofatoom is in figuur 3 weergegeven.
Neem bij beantwoording van de vragen d, e en f aan dat de atomen steeds tijdelijk op de gegeven plaats stilstaan.
Vul achtereenvolgend in: aantrekken / afstoten en naar / van:
Vraag d. Bij plaats 1 zullen de twee atomen elkaar ... De twee atomen zullen ... elkaar bewegen.
aantrekken; naar
Vraag e. Bij plaats 2 zullen de twee atomen elkaar ... De twee atomen zullen ... elkaar bewegen.
aantrekken; naar
Vraag f. Bij plaats 4 zullen de twee atomen elkaar ... De twee atomen zullen ... elkaar bewegen.
afstoten; van
Vraag g. Leg uit wat er aan de hand is bij plaats 3.
Bij plaats 3 is er sprake van evenwicht. Als de atomen dichter naar elkaar gaan, stoten ze elkaar af, als ze verder uit elkaar gaan, trekken ze elkaar aan. De afstand tussen de atomen is bij plaats 3 gelijk aan de zogenaamde bindingsafstand.
In figuur 4 zie je het potentiële-energiediagram van een P-molecuul in de buurt van een ADP-molecuul.
Vraag h. Leg uit hoe uit figuur 4 blijkt dat er energie (activeringsenergie) nodig is om P aan ADP te binden.
Als ze nog ver uit elkaar zijn (helemaal rechts in het diagram), neemt in eerste instantie de potentiële energie toe als ze elkaar naderen: ofwel, ze stoten elkaar af.
Als ze elkaar meer naderen (wat meer naar links in het diagram), zie je dat de grafiek een bult heeft: zodra ze elkaar tot zo dicht genaderd zijn dat die bult is overwonnen, gaan de ADP en P elkaar aantrekken.
Er is activeringsenergie nodig om over ‘de bult’ in figuur 4 te komen.
Vraag i. Leg uit hoe uit de figuur blijkt dat P die gebonden is in ATP (bij r0), niet spontaan losraakt.
Het grafiekpunt dat overeen komt met P die gebonden is in ATP, is het onderste punt van het dal. Zowel als P dan ADP verder nadert, als dat P verder van ADP afgaat, kost dat energie (de grafiek stijgt zowel links als rechts van het dal).
Vraag j. Leg uit hoe uit figuur 4 blijkt dat er energie vrijkomt als P losraakt van ATP.
Als P losraakt van ATP, gaat het in de grafiek van het dalpunt, naar het punt helemaal rechts in het diagram. Dit punt rechts ligt lager dan het dalpunt, dus komt er energie vrij.
