Diffusie elektronen

[M. Mulder]

Iedereen heeft altijd geleerd in de natuurkunde lessen dat als elektronen willen gaan stromen er een gesloten kring moet zijn.

Als je nu een stroombron bekijkt, bijvoorbeeld een accu, dan heeft deze een plus en een min. We stellen even dat de plus een overvloed aan elektronen heeft en de min niet. Als we vervolgens een draad tussen de surplus van de accu en de min van de accu doen dan gaan er elektronen lopen van de surplus naar de min.

Voor het gemak noemen we surplus "A" en min "B". Er loop dus een draadje van A naar B en eigenlijk ook tussen (A-B) in de accu. Wat gebeurt er nu als ik de link tussen (A-B) in de accu verbreek? Gaan er dan alsnog elektronen lopen van A naar B d.m.v. diffusie? Hoge concentratie elektronen naar een lagere concentratie?

Dit wil ik graag eerst helder hebben, alvorens ik mijn volgende vraag hierover ga stellen.


Edit:

Het topic gaat verder met het reële beeld dat elektronen van de minpool naar de positieve pool lopen. Uitleg wordt verschaft door PtrO

[ Voor 10% gewijzigd door M. Mulder op 03-10-2004 09:47 ]

[Confusion]

M. Mulder schreef op 03 oktober 2004 @ 01:47:
Voor het gemak noemen we surplus "A" en min "B". Er loop dus een draadje van A naar B en eigenlijk ook tussen (A-B) in de accu.

Ik snap niet wat je daarmee bedoelt. Hoezo loopt er een draadje tussen 'A-B' in de accu? Een accu bestaat juist uit twee gescheiden reservoirs, waar aan de ene kant een electronenoverschot is en aan de andere kant een tekort. Daardoor ontstaat een elektrisch veld dat de drijvende kracht voor het transport van electronen is.

[Verwijderd]

We stellen even dat de plus een overvloed aan elektronen heeft en de min niet.

het is eigenlijk net andersom, dus misschien dat je het even kunt editten. anders wordt de discussie zometeen nodeloos ingewikkeld..

verder: naja zie confusion

[M. Mulder]

Ik weet dat het andersom is. We denken allemaal dat het van plus naar min gaat. Dit is NIET juist het gaat andersom. Maar het overschot van elektronen is het punt waar mijn 'discussie' van start wil gaan.

Het "draadje" tussen A-B in de accu bestaat in zoverre; de elektronen maken een kring, geven de energie af, verzamelen zich weer in de accu en komen in de min terecht. Vervolgens worden ze doorgesluisd naar de plus, laden zich weer op en gaan de kring weer rond.

Als je nu de connectie verbreekt tussen A-B in de accu gaat er dan nog steeds een stroom elektronen lopen?

[Verwijderd]

M. Mulder schreef op 03 oktober 2004 @ 02:10:
Ik weet dat het andersom is. We denken allemaal dat het van plus naar min gaat. Dit is NIET juist het gaat andersom. Maar het overschot van elektronen is het punt waar mijn 'discussie' van start wil gaan.

mja ok dan, het is jouw topic. ik vind het me alleen nogal moeilijk voor te stellen omdat je het andersom gewend bent.

Het "draadje" tussen A-B in de accu bestaat in zoverre; de elektronen maken een kring, geven de energie af, verzamelen zich weer in de accu en komen in de min terecht. Vervolgens worden ze doorgesluisd naar de plus, laden zich weer op en gaan de kring weer rond.

Als je nu de connectie verbreekt tussen A-B in de accu gaat er dan nog steeds een stroom elektronen lopen?

maar het hele punt is juist: er is _geen_ verbinding in de accu tussen de plus en de min pool. de enige verbinding is de stroomkring buitenom

//edit: behalve als je bedoelt wat PtrO hieronder zegt natuurlijk
als je ook geen membraam oid (dus totaal geen contact) hebt intern kunnen (geladen) electronen alleen nog maar van de ene naar de andere kant, en dat houdt natuurlijk een keer op. tenzij je via de ene geleider buitenom dus een geweldige redox tot stand kan laten komen (hoog potentiaalverschil): dan krijg je een standaard "ontlading" wat defacto ook gewoon "stroom" is

[ Voor 23% gewijzigd door Verwijderd op 03-10-2004 02:49 ]

[PtrO]

Uit het hoofd.

Wanneer de accu beschouwt als stroombron, heb je gelijk en is er een (chemisch) gesloten verbinding in de accu waardoor er een (electronen)stroom kan gaan lopen.
De hoeveelheid 'stroom' die de accu kan leveren, zal afhangen van de interne weerstand van het electroliet, capaciteit van de (opslag)media (electroliet) en lekweerstanden.

Dit kan je zelf testen want wanneer je de - pool van een accu verbindt met de - pool van een andere accu is er geen gesloten 'kring' zijn en zal er practisch gezien geen stroom - kunnen - lopen. Via (de lucht of materiaal) diffusie kan er wel enige lekstroom (ontlading) zijn.

Ik snap alleen het verbreken van de (wat jij noemt) interne-verbinding niet. Althans hoe je je dat voor ogen hebt. staan. De verbinding is gesloten of niet.
De mate van het gesloten (checmisch diëlectricum/brug) zijn bepaald hoeveel 'electronen' kunnen worden afgegeven door de - pool resp. opgenomen door de + pool.

De +/- lading in de accu wordt in balans gehouden door het 'afgeven' negatieve ionen van het electroliet, die het electronen (= positieve ionen) tekort opheft.

Edit: Voor de meelezer. De electronen-golf (!) beweegt zich van de - pool naar de + pool. Dit lijkt in strijd met het gevoel.
Je kan het zo zien, de + pool heeft een tekort aan electronen ( = dus positief) en schreeuwt om z'n tekort aan electonen aan te vullen. De min pool heeft een overvloed aan electronen (dus veel negatieve lading) die het graag wil doorgeven aan de positieve pool.

[ Voor 17% gewijzigd door PtrO op 03-10-2004 02:50 . Reden: verduidelijking en uitleg +/- ]

[M. Mulder]

Okee om het verhaal consistent te houden, waar Gunhead mij al op attendeerd in het begin. Laten we gewoon het reële beeld dat elektronen van - (tekort aan elektronen) naar + (te veel elektronen) voor ogen houden.
P.S. : Ik heb het bijgevoegd als Edit in de inleiding van de topic !

PtrO, bedankt voor je heldere uitleg !

Nu kan ik dus aannemen dat er wel een stroom vrije elektronen kan lopen van punt A naar punt B (zonder een chemiche brug). Ik bedoelde inderdaad de chemische brug (A-B) in de accu die er daadwerkelijk een kring van maakt.

Nu heb ik in punt A vrijwel alleen maar vrije elektronen in punt B zijn alleen positieve ionen aanwezig die zeer weinig elektronen in de schil hebben en hier hard om vragen.
Ik leg een (super)geleidend draadje van 500 meter ertussen. Gaan de vrije elektronen nu van punt A naar punt B?

Zo ja, hoe weten "voelen" de elektronen dat ze naar punt B moeten. Wordt die aantrekkingskracht doorgegeven in het tussenliggende draadje?
Gaan de elektronen in de geleiderdraad nu springend over van de vrije gaten in de schil van de atomen van dat materiaal (ijzer bijvoorbeeld).
Ik vermoedt n.l. dat op het moment dat het draadje bevestigd wordt aan punt A, de elektronen alvast in de vrije gaten van de schil gaan zitten en er al een aaneensluiting van elektronen aanwezig is. Wordt deze nou aan punt B bevestigd, dan worden de elektronen gewoon doorgedrukt en stromen in het positieve punt B.

[ Voor 4% gewijzigd door M. Mulder op 03-10-2004 09:48 ]

[G33rt]

Laten we gewoon het reële beeld dat elektronen van - (tekort aan elektronen) naar + (te veel elektronen) voor ogen houden.

Als we graag reeele beelden willen houden, dan moet je het precies andersom doen. Een elektron is een negatieve lading. De min-kant heeft dus elektronen 'over' (teveel elektronen, surplus aan negatieve lading) en de andere kant 'te weinig' (te weinig elektronen, overschot aan positieve lading)

[LtMarx]

Volgens mij werkt het als volgt:
In het draadje, een metaalrooster, zitten ook allemaal elektronen die zich daar min of meer vrij in kunnen bewegen ronde de kernen die regelmatig in dit rooster gerangschikt zijn. Dit kan zolang de netto lading nul is anders ontstaan er onregelmatigheden en gaan er allerlei rare dingen gebeuren.
Nu sluit je de ene kant van dit metaalrooster (lees: draadje) aan op een punt met een overschot aan elektronen. die zullen zich nu dus evenredig verdelen over het draadje.
Sluit je nu aan de andere kant een punt aan met minder elektronen dan moeten de totale elektronen WEER evenredig verdeeld worden maar nu ook over het punt met te weinig elektronen.
Als je nu vervolgens zorgt dat de elektronen bij het eerste punt constant geleverd worden.
En bij het tweede punt zorgt dat deze worden 'gebruikt' weggehaald etc... dan blijft het gehele rooster een toestand van evenwicht zoeken waardoor de elektronen idd gaan stromen van A naar B.

Maar nogmaals dit gaat dus in het laatst genoemde geval maar heel even. Daarna is er een toestand van evenwicht en houdt de boel op. Dit veranderd met een gesloten kring waarin de elektronen weer worden opgenomen in reductieprocessen (aan de ene kant), en worden afgegeven door oxidatie processen (Aan de andere kant).

http://nl.wikipedia.org/wiki/Redox-reactie

[ Voor 3% gewijzigd door LtMarx op 03-10-2004 11:58 ]

[Confusion]

M. Mulder schreef op 03 oktober 2004 @ 09:45:
Nu heb ik in punt A vrijwel alleen maar vrije elektronen in punt B zijn alleen positieve ionen aanwezig die zeer weinig elektronen in de schil hebben en hier hard om vragen.
Ik leg een (super)geleidend draadje van 500 meter ertussen. Gaan de vrije elektronen nu van punt A naar punt B?

Ja, maar laten we het alsjeblieft even op gewone geleiding houden, want door supergeleiding aan te nemen wordt het allemaal echt niet makkelijker. Realiseer je bijvoorbeeld dat electronen netto slechts enkele millimeters per uur bewegen door een normaal koperdraadje, van de negatieve naar de positieve kant.

Zo ja, hoe weten "voelen" de elektronen dat ze naar punt B moeten. Wordt die aantrekkingskracht doorgegeven in het tussenliggende draadje?

Ja. Uit een concentratieverschil in elektrische lading ontstaat een elektrisch veld. Dit elektrische veld bestaat in het draadje (buiten het draadje is het verwaarloosbaar vanwege de slechte geleidende eigenschappen van lucht: er proberen wel electronen vanuit de lucht naar de 'postieve' kant te komen, en van de negatieve kant naar de lucht, maar dat is zo moelijk dat je die hoeveelheid mag verwaarlozen) en is de drijvende kracht.

Ik vermoedt n.l. dat op het moment dat het draadje bevestigd wordt aan punt A, de elektronen alvast in de vrije gaten van de schil gaan zitten

OK, nu begrijp ik wat je bedoelt. Het antwoord, even allerlei subtiliteiten daargelaten, is ja: als je een metaaldraadje met een los uiteinde aansluit op de pool van een batterij met een electronenoverschot, dan zullen er zich na enige tijd in het uiteinde van het draadje iets meer electronen bevinden dan in een zelfde draadje dat niet op een batterij zit aangesloten. Het hele draadje zal dezelfde chemische potentiaal (zeg maar: hetzelfde relatieve electronenoverschot) krijgen als de pool van de batterij. De drijvende kracht hiervoor is echter weer een electrisch veld: in het uiteinde van het draadje bevonden zich minder electronen. Alleen is het verschil zo klein dat het razendsnel compenseert, zeker omdat het draadje van metaal is.

[ Voor 5% gewijzigd door Confusion op 03-10-2004 11:59 ]

[Nick The Heazk]

Zo ja, hoe weten "voelen" de elektronen dat ze naar punt B moeten. Wordt die aantrekkingskracht doorgegeven in het tussenliggende draadje?

Om het even simplistisch uit te leggen:

2 noordpolen (of zuidpolen) van een magneet stoten elkaar af.
Bij electrische ladingen gebeurt iets analoog, elektronen stoten elkaar af (alsook protonen - maar dat is niet reeel, protonen kunnen nl niet bewegen). Simpel uitgelegd zijn er in de min-pool heel veel electronen die elkaar afstoten. Hierdoor migreren ze naar een plaats waar er minder elektronen zijn; nl. de plus-pool.

[PtrO]

Confusion schreef op 03 oktober 2004 @ 11:58:Ja. Uit een concentratieverschil in elektrische lading ontstaat een elektrisch veld. Dit elektrische veld bestaat in het draadje (buiten het draadje is het verwaarloosbaar vanwege de slechte geleidende eigenschappen van lucht: er proberen wel electronen vanuit de lucht naar de 'postieve' kant te komen, en van de negatieve kant naar de lucht, maar dat is zo moelijk dat je die hoeveelheid mag verwaarlozen) en is de drijvende kracht.

Tot op zeker hoogte.

Wanneer het potentiaal verschil (= spanning) groot is, kunnen electronen steeds makkelijker weg cq. overspringen. Oftewel het gaat bliksemen en donderen. Er zal nl. altijd gepoogd worden om een balans te vinden.

Hoe meer vrijje electronen een materiaal heeft, zoals koper & goud, hoe groter de geleiding. Koper (en bijv. goud) bijv. heeft 1 'vrij' electron per atoom. Een vrij electron hier wil zeggen dat de buitenste schil van het atoom niet in evenwicht is.
Hoe minder electronen in deze schil (met een minimum van één) hoe geleidender het materiaal. Naar mate het atoom groter is (meer protonen) is (zoals bijv. goud t.o.v. koper), hoe meer electron schillen.
Deze schillen staan verder af van de protonen en des te makkelijker zijn de 'vrijje' electronen van deze buitenste schil te 'schillen'. Het resultaat is een betere geleiding.

In principe verplaatsen de electronen zich een snelheid van ca. 10⁶m/s. Wanneer er geen 'stroom' vloeit, is deze verplaatsing willekeurig (oftewel vibratie) en is de netto verplaatsing feitelijk nilhil.
Supergeleiding ontstaat wanneer er geen eigen-vibratie is van electronen en er gaat dan geen energie verloren aan het trillen.
Wanneer we vervolgens een stroomkring maken, vindt er instant een electronen overdracht plaats met lichtsnelheid. Dit kan en komt omdat de vrijje electronen zich al evenredig hebben verdeeld (klaargezet) over het materiaal.

Dit kan je je voorstellen als het speeltje waarbij een rij van metalen balletjes tegen elkaar tikken.

Hou ook in de gaten, zoals Confusion al heeft aangegeven, dat het daadwerkelijk verplaatsen van een bepaald electron relatief zeer langzaam gaat.
De electronen stroom wordt doorgegeven als 'golf' cq. heeft een beetje het karakter van een schuif register. De electronen "snelheid" is afhankelijk van materiaal/diameter/weerstand etc. en is slecht enkele tienden tot enige mm per seconde.

Het doorgeven van de stroom van electronen (via "botsen"--> trillen) ondervindt weerstand van het medium (draadje, lucht of wat dan ook) wat deels wordt omgezet in warmte (verliezen).

[ Voor 6% gewijzigd door PtrO op 03-10-2004 13:38 . Reden: grammar ]

[Sgrovert]

Zo zag ik laatst iemand op het forum hier die het met een buis met knikkers uitlegde.
Stel je buis die helemaal gevuld is met knikkers. Als je dan aan de ene kant van de buis er een knikker bijduwd, valt er aan de andere kant eentje uit.
Als je nu aan de ene kant met een constante snelheid knikkers in de buis blijft stoppen, vallen er aan de andere kant van de buis met evengrote snelheid knikkers uit.

Als nu het geval is dat de spanningsbron alleen aan de draadje aangesloten is, komt dat overeen met het geval dat ik een buis neem waar ik aan de ene kant knikkers in probeer te stoppen, terwijl de andere kant van de buis dicht is.
Het gevolg is dat er geen knikkers uitkunnen.

[Verwijderd]

Als nu het geval is dat de spanningsbron alleen aan de draadje aangesloten is, komt dat overeen met het geval dat ik een buis neem waar ik aan de ene kant knikkers in probeer te stoppen, terwijl de andere kant van de buis dicht is.

niet helemaal. de andere kant is niet dicht, maar er zit een reservoir. in dat reservoir zitten allerlei ionen. als dat reservoir helemaal vol zit gebeurt er inderdaad niets meer, tenzij je het voor elkaar krijgt om losse electronen kwijt te raken door ze "in" een ion te stoppen: redoxreactie
da's natuurlijk wel beperkt

[M. Mulder]

Het afstoten van de elektronen, ivm duo-negativiteit, zorgt er dus voor dat de elektronen gaan stromen totdat er een evenwicht ontstaat uiteraard. Het langzaam stromen van de elektronen berust dus op dit principe. Omdat elektronen zo klein zijn kunnen er wel heel veel elktronen per tijdseenheid worden doorgedrukt, maar legt per die dezelfde tijdseenheid niet veel afstand af.

Protonen kunnen niet in een medium stromen zoals ijzer, koper, goud e.d. Maar protonenstromen bestaan cker wel, bijvoorbeeld de elektron-motive force in een mitochondriummembraan.
Als je nu van beide gebruik gaat maken kun je dan geen effectievere stroom produceren, door een medium te gebruiken die zowel elektronen als protonen accepteert om doorheen te stromen. Zowel protonenstroom en elektronenstroom door hetzelfde medium.

Of krijg je hier per definitie al problemen omdat het proton en het elektron een binding aangaan


Even basale kennis:
Het Voltage (de spanning) van de stroombron geeft dus aan dat er veel elektronen bij punt A zijn en deze gezamenlijk een bepaalde kracht kunnen uitoefenen (drukkracht van de elektronen potentieel). Wordt deze potentiele drukkracht uitgedrukt in Volt? 12 V = ..........
Hoe meer drukkracht (Volt), hoe sneller de elektronen van punt A naar B gaan !


De Ampères (de stroom) geeft aan hoeveel elektronen per tijdseenheid de stroombron (bij punt A) kan verlaten. Wel is de voorwaarde dat die stroom elektronen 1 Coulomb bevat en per seconde wordt gemeten als het om 1 Ampere gaat, toch? (1,6 10^19 elektronen)

[PtrO]

Oei, je komt nu op het terrein van de biomechanica, alwaar ik mij niet zo thuis voel.

Mitochondrine processen, is een (soort ?) moleculaire electriciteits productie op basis van organische processen onder invloed van enzymen (zoals die plaatsvinden binnenin organismen) waar glucose wordt omgezet in energie.

Ik denk dat je dat niet mag/kan vergelijken met electromagnetische processen van atomen.

Beetje zijdeling en omdat ik een balorige bui ben: je kan heel eenvoudig en tegelijkertijd energie in de vorm van protonen en electronen verplaatsen door . . . . stoom. OK tegelijkertijd verplaats je ook wat neutronen maar die krijg je er dan van mij gratis bij.

Het voornoemde is zover grappig bedoeld dat ik daarmee aangeef dat een atoom uit voornoemde componenten bestaat. Een stabiel atoom bevat net zoveel protonen en neutronen als electronen.

Het probleem om protonen te verplaatsen is dat deze door de sterke kernkracht bij elkaar worden gehouden. De electronen zijn heel wat makkelijker af te snoepen omdat die electromagentische kracht inde buurt van de protonen worden gehouden.
De sterke -en zwakke kernkracht zijn 2 van de krachten naast zwaartekracht en ElectroMagnetische kracht, die aanwezig zijn in ons universum.
Je moet (eufemistisch) behoorlijk je best doen om protonen (af) te splitsen.

Edit 04oct04: Oeioei, ik zei dat de electronen door de zwakke kernkracht bij de protonen wordt gehouden. Dat is nl. niet waar. He tmoet de ElectroMagentische kracht zijn. . Appos

[ Voor 15% gewijzigd door PtrO op 04-10-2004 22:58 . Reden: edit: fundamentele fout EM werkt op electronen ]

[M. Mulder]

Protonen stroom (proton motive force) in het membraan van mitochondriën, bestaan uit H+ ionen. Dit zijn dus protonen.
D.m.v. het proces chemi-osmoses wordt dit bewerkstelligd. REDOX-reacties zorgen ervoor dat deze H+ gradient uiteindelijk kunnen existeren en zich ophopen buiten de mitochondrale matrix.
Jaaaa, ze drijven zelfs een "electromotor" aan. Deze bevat daadwerkelijk een stator en een rotor. Een klein machientje die werkt op protonenstroom. Dat is pas leuk nieuws en is echt waar.

Enzymen spelen hierin geen rol !!!

Het punt, PtrO, wat je noemt over de sterke kernkracht die werkt op protonen zou inderdaad lastig kunnen zijn, maar daarentegen wordt het zeer gemakkelijk voldaan in de cel na een aantal stappen.
Hmmm, nou begin ik me toch echt af te vragen of er machines/apparaten zijn die op een protonen-stroom werken.

[PtrO]

Aha erlebnis. Je hebt het over de brandstofcel.

Het enzym haalde ik erbij omdat ik biologisch dacht en onbedoeld de boel associeerde met cellen die energie opwekken. Hiervoor zijn, bij mijn weten, enzymen betrokken.

In denk dat we het over het hebben over 2 invalshoeken.
1) EM krachten/gedrag van atomen ansich.
2) EM krachten/gedragingen die onstaan bij moleculaire (ont)bindings processen (chemie).

Chemische processen als van een accu (of brandstof cel) 'spelen' naar mijn weten alleen met electronen. Protonen overdracht kan m.i. alleen plaatsvinden wanneer het atoom is (tijdelijk) is ontdaan van z'n electronen.
Bij waterstof is dit het eenvoudigste omdat je dan 'maar' 1 electron hoeft weg te poetsen. Het proton vindt dat niet prettig en gaat op zoek naar balans.
Als zodanig kan je 'praten' over een protonenstroom zoals we dat uitbeelden bij electronen. We ontrekken een electron aan waterstof wat dan een H⁺ ion wordt welke dan stroomt naar de oase van vrijje electronen.

Fundamenteel, kan ik het niet goed onderbouwen. Ik denk eerder dat vrijje electronen (die ook nog's veel kleiner zijn dan protonen) via het membraan op zoek gaan naar al die hunkerende en ontheemde protonen.

Echter een protonenstroom opgang brengen in een stof, vereist m.i. dat die stof (al of niet tijdelijk) ontdaan is van al z'n electronen.
Hoe meer electronen de stof (het atoom) bevat, hoe moeilijker dat zal zijn.

Vervolgens zal je er nog voor moeten zorgen dat de protonen zelf gaan 'stromen'wat vereist dat deze zich evenredig hebben verdeeld in de dan merkwaardige onstane 'stof'.

Edit: Onze electro-apparaten werken allemaal op basis van electronen-overdracht. Je zal dus een geheel nieuwe tak van industrie moeten opzetten.

Interessant onderwerp trouwens, alleen jammer dat m'n parate scheikunde kennis enigzins is achtergebleven om fundamenteler er iets over te zeggen.

[ Voor 7% gewijzigd door PtrO op 04-10-2004 00:05 . Reden: typos & edit proton industrie tak ]

[M. Mulder]

Haha, nu wordt het grappig. Ik kan me voorstellen dat je nu een brandstofcel geïnterpreteerd hebt, omdat ik aan kwam zetten met "electromotor", membraan en cel, maar ik heb het toch echt over onze iegen lichaamscel, die hier gebruik van maakt.

Binnen onze mitochodrien (dit noemen we ook een brandstofcel in de Biologie) vind er een protonenstroom plaats n.l.
Deze stroom rust uiteindelijk weer op het principe van diffusie, die een stroom op gang zet.

De brandstofcel van bijvoorbeeld een automotor is naar alle waarschijnlijkheid gewoon afgekeken van onze eigen celprincipes.

[PtrO]

Tjka, je kan niet alles weten uit je hoofd. Maar ik hoorde de klok en zag de klepel wel een klein beetje.

Heb FF wat rondgeneusd en enzymen zijn wel degelijk betrokken in het biologische energie aanmaak proces waarbij glucose in de mitochrondieën wordt omgezet in biochemische energie (pakketjes ATP). Maar dat terzijde.

Ik quote eerst even een site. Kdoe daarna een vrijje intepretatie hoe het energie molecuul aanmaken gebeurd, het protonen-pomp proces verloopt en concludeer dat dit moleculaire proces niet is te vergelijken met het atomair electronen transport-proces om energie(lading) overe enige afstand door te geven.

Er worden dus geen losse protonen van een atoom verplaatst maar alleen postieve ionen (de protonen combinatie zelf) blijft geheel intact.

Lees verder voor meer detail en geneuzel.

http://www.digischool.nl/...heet_atp_schematisch.html
legt uit: "Energie is moeilijk op te slaan.
Cellen halen hun energie vooral uit de verbranding van glucose in de mitochondriën.
De verbranding is een ingewikkeld proces waarvoor enkele tientallen enzymen nodig zijn.
Om energie tijdelijk op te slaan en te vervoeren wordt de energie in de stof ATP gestopt.
Aan ADP wordt een extra fosfaat geplakt. De energie die daarvoor nodig is zit in een zogenaamde energierijke binding.
De ATP met de daarin opgeslagen energie is overal in de cel aanwezig. Zodra ergens energie nodig is wordt de fosfaatgroep losgemaakt. De ADP en fosfaat gaaan door diffusie naar de mitochondriën en kunnen weer omgezet worden in ATP."

De energie-opslag vindt plaats in de 'stof' ATP (Adenosine-tri-fosfaat). Wanner de energie is gebruikt (accu-leeg) ontstaat de tegenhanger ADP (Adenosine-di-fosfaat).
Energie laden en vrijmaken gebeurd door een fosfaat via een enzym toe te voegen aan ADP resp. los te halen van ATP in de mitochondriën.
Oftewel (biochemisch) ADP + P_i + energie <---omzetting---> ATP

Het aanmaken van ATP (synthese en hoog energenisch) vindt plaats de mitochondriën. ATP is energie rijk omdat het molecuul 'vrijje'electronen aan zich heeft vastgebonden.
Bij dit aanmaakproces wordt ADP (laag energenetisch) voorzien van P_i (inorganisch fosfaat) en komen H⁺ ionen (=protonen) vrij. Deze protonen zijn atomair gezien ontdaan van hun electron.

De H⁺ ionen gaan vervolgens met hulp van wat energie (middels Cytochrome-oxidatie) door een eenzijdig membraan (porine-kanalen) naar het H⁺ ionen reservoir.
De 'protonen'-pomp {beter de cytochrome(enzym)-oxidase} 'loopt' biochemisch op Waterstof (H) en zuurstof (O₂). Het 'afval' product is - gelukkig - water (H₂O).

Als zodanig tranporteert de protonen-pomp, idd protonen maar doet dit feitelijk geheel op moleculaire ionen basis voor de afbraak/aanmaak van ATP. Dit is m.i. niet te vergelijken hoe electronen worden doorgetikt in een geleidend materiaal.

P.s. Ik ben zeker geen specialist en een echte bioloog à la Dr. Peter Dennis Mitchell (1920-1992) weet het beslist beter. Hij kreeg in 1978 de Nobelprijs voor zijn baanbrekend onderzoek van mitochondrieën in levence cellen waarbij waterstrof-ionen een energiebron vormen voor de omzetting van ADP naar ATP.

De volgende site (Engels) bevat nadere detail informatie die aardig leesbaar is: http://www.emc.maricopa.e...tml#Table%20of%20Contents

[ Voor 28% gewijzigd door PtrO op 04-10-2004 21:05 . Reden: url typos & verduidelijking ]

[M. Mulder]

Ik apprecieer je speurwerk en je komt tot de goede conclusie dat de chemie-osmosis (proton-pomp) wordt bewerkstelligd door een enzym. Dit enzym is n.l. ATP-sythase en bevind zich in het inter-mitochondrale membraan.

De elektronentransportketen zorgt ervoor dat er een gradiënt van H+ ionen ontstaat in de intermembranaire ruimte. Vervolgens komt het proces chemi-osmosis om de hoek kijken die wordt aangedrenen de de interstitiele ATP-synthase. Deze pompt de H+ ionen door het inter-mitochondrale membraan naar de mitochondrale matrix.

ATP synthase:
Deze ziet eruit als een electromotor en heeft een rotor die met de klok mee kan draaien wanneer de stroom H+ ionen erdoorheen gaan
Hij bevat een stator die die zorgt voor stabiliteit van de rotor
En hij bevat een staaf (rod or stalk) die ook meespint en de catalytische zijden in de knop die eronder zit activeert.
De activatie van die catalytische zijden zorgen ervoor dat ADP + P(i) gekoppeld worden tot ATP.


De conclusie die ik hier met zekerheid uit kan trekken is: "Protonen kunnen die nodige energie leveren, die ervoor kan zorgen dat er arbeid kan worden verricht"

Waterstof kan dus op twee manieren energiecyclussen maken, enerzijds door zijn electronen en anderzijds door zijn protonen. Geen wonder dat de natuur uiteindelijk in verbrandingsprocessen binnen de cel hier veelvuldig gebruik van maakt ivm de effectiviteit in tweeledig opzicht. Dat de cel die uiteindelijk doet om ATP te vormen is de cel zijn keuze. Je hoeft het niet daarvoor te gebruiken. Er bestaan n.l. ontzettend veel meer vormen van catalytische zijden die andere processen in werking zetten c.q. andere energierijke verbinding kunnen vormen of verbreken.
Wellicht kan de nanotechnologie zijn vruchten hier van plukken, immers zij hebben op nanoschaal al elektromotortjes ontwikkeld.

De brandstofcel gebruikt ook een H+ stroom die door een kunstofolie gaat o.i.d. , alleen gebruikt hij niet die stroom om er energie mee te creëren, maar elektronen die afgekoppeld worden.

[PtrO]

Geweldig interessant.

De biomoleculaire motor die op basis van een zeg een aan boord zijnde energie omzetter ('proton' centrale), een roterende beweging kan inzetten.

Maar houdt in de gaten dat feitelijk alleen bij electron overdracht/afdracht, energie potentialen worden verplaatst.

Wanneer een H-atoom wordt ontdaan van z'n enige electron(en) veliest het ook aan lading gaat het opzoek naar compensatie.

Als zodanig kan je een H (waterstof atoom) dan ook (hoe kom je er op) in omgekeerde richting gebruiken/zien omdat het maar 1 electron heeft. Het verplaatsen door een draadje zie (nog) niet gebeuren.

Dit spelletje gaat (kword nu voorzichtig) dus niet lukken bij zeg het volgende atoomnummer (Helium, 2 protonen, 2 electronen).

Het blijft wonderbaarlijk hoe moedertje natuur het allereenvoudigste atoom op deze ingenieuze wijze inzet en dat al sinds er levende cellen zijn.
Eik zijn onze zogenaamde high-tech bouwsel daarmee vergeleken maar uiterst simpele constructies. Vooral wanneer je afmeting in aanmerking neemt. Petje af.

[M. Mulder]

PtrO schreef op 04 oktober 2004 @ 22:44:

Maar houdt in de gaten dat feitelijk alleen bij electron overdracht/afdracht, energie potentialen worden verplaatst.

Bedoel je hiermee te zeggen dat er eerst energie in moet worden gestopt alvorens energie-acties van protonen te kunnen verkrijgen? Uiteraard is dat natuurlijk het geval of dat alleen elektronen kunnen zorgen voor energie-acties?

Het blijft superintrigerend deze krachtspelletjes die uiteindelijk zeer complexe constructen construeren. Bijna alles berust op aantrekking en afstoting, die genuanceerd te werk gaan. Bijna onbegrijpelijk, tenzij je stap voor stap de sequenties van die processen gaat bekijken.

Het is zo ongrijpbaar, dat een kern met bijvoorbeel 4 protonen en neutronen (+4 elektronen) = Beryllium zulke andere eigenschappen kan hebben wanneer men dit aantal domweg verdubbelt = Zuurstof

[PtrO]

Je moet onderscheid maken tussen moleculen en atomen.

Moleculen ontstaan door zich te binden (covalentie) met (andere) atomen en wel zo dat ze qua electronen -en protonen in uitgebalanceerd evenwicht zjjn.

Je weet dit nl. beter dan ik maar ik schrijf het even om (desnoods alleen mijzelf in) structuur te houden.

Je moet inderdaad wat aan totale (lading) energie aan- of inleveren om een electron te laten 'wegbewegen' van z'n thuisproton in de richting van een protonbuur (ander atoom). Dat kan bijv. door de toevoer van hitte (EM-kracht).

Hoeveel energie je moet besteden cq. zal overhouden of vrijspeelt, is afhankelijk van het energieniveau van de betrokken electronen die hier aan mee kunnen doen. Alleen vrijje electronen zullen hier (in eerste instantie) aan mee doen.

Het samen gaan van gelijkwaardige electronen (qua energie-lading) levert per saldo niets op. Denk maar aan een waterstof atomen die zonder veel inspanning zullen (ver)binden met een ander H-atoom tot waterstof(gas) H₂.
Er is dan een successvolle covalentie van hun vrijje electronen banen.
Practisch gezien is net zoveel energie vrijgekomen als nodig was om samen te gaan. Het H₂ molecuul heeft een nieuw evenwicht bereikt die het minder bevattelijk maakt om z'n atomen te samen laten te gaan met andere atomen.

Wanneer je echter een electron van een hoger energie niveau weet te strikken, zoals dat bijv van zuurstof, wordt het een stuk beter.
Je houdt dan energie 'over' wat je retour krijgt als EM kracht uitend in wrijving (hefteriger trillen tot misschien zelfs wel straling).
Hoe groter het atoom, hoe energie-rijker z'n electronen (jn de buitenste schillen zijn).

Let wel het electron verdwijnt dus niet maar gaat simpel een nieuw meervoudig evenwicht aan in het dan ontstane molecuul. Binnen het molecuul is een continú spanning veld van trekken en stoten tussen de protonen alsmede hun daaraan gebonden electronen.

Nb. het energie 'niveau' van de protonen-kern is in principe net zo hoog als het totaal aan de electronen per energie-niveau daarom heen. Het teveel wordt 'weggegooit' als EM kracht (warmte).

De 'stabiele' energie niveaus die worden onderscheiden in het atoom van binnen (laagste) naar buiten (hoogste) zijn 2, 8, 18, 32, .. ,.. electronen (2n² waarbij n de schil is). De schillen zijn overigens geen keurige afgebakende lagen maar gedragen zich meer als een gelaagd wolkendek(ens). In elke schil, zijn electronen groepsgewijs georganiseerd in sferische omloopbanen (rond de atoomkern) van 2, 6, 10, 14, 18 en 22 electronen. Het electron zelf, draait ook weer om z'n as, wat weer een magnetisch effect veld(je) veroorzaakt. Het hele gebeuren ziet dus een beetje uit als een zonnestelsel.

Hieronder een plaatje wat de banen en lagen weergeeft van een koolstof atoom:

Dit relatief neutrale atoom is bijzonder veelzijdig voor het vormen van stabiele moleculen omdat het 4 voudige verbindingen aan kan (covalentie tot wel/met 4 andere atomen). Het is niet voor niks dat het leven gebaseerd is op kool-water-stoffen (H, C en O).

P.s. eerder riep ik dat electronen bij de kern worden gehouden door de zwakke kernkracht, dit is natuurlijk niet het geval. De kracht die op een electron speelt zijn voornamelijk ElectroMagnetische krachten (één van de 4 basis krachten).

[edit]
Trouwens een vraagje, voor mijn beeldvorming, dat ingenieuze 'motortje' wordt dat gebruikt om iets aan te drijven of fungeert het als soort mixer om
het fosfaat (P_i) aan de ADP toe te voegen ?

[ Voor 31% gewijzigd door PtrO op 05-10-2004 09:39 . Reden: Toevoeging uitleg atoom & plaatje ]

[M. Mulder]

Super dat je zo fanatiek de zaken uitzoekt om, neem ik aan, voor jezelf ook weer de parate kennis en beeldvorming te krijgen.

Elektronenbanen kunnen inderdaad niet beschreven worden, omdat het geen vaste baan heeft. Natuurlijk beschrijft een elektron wel een vast verloop m.b.t. tot zijn baan om de kern. Dit heeft mijns inziens te maken met de afstoting van de elektronen in dezelfde schil en wellicht in de schillen om hem heen.
Waarom kan de eerst schil maar maximaal 2 elektronen waarborgen, de tweede 8, de derde 18 em de vierde 32? Wat bepaald nou m.b.t. krachten waarom zij met een maximum aantal in een schil kunnen vertoeven?

Het "bio-motortje" is alsware één groot complex enzym in de vorm van een elektromotortje (rotor en stator). Daardat de rotor rond gaat draaien als er een H+ stroom doorheen gaat, worden zijden in de stator geactiveerd en kunnen daarvoor zorgen dat ADP + (Pi) gekoppeld worden tot ATP. Als de motor niet werkt, lees ronddraait, en er dus geen H+ ionen door het de rotor gaan dan kan er ook geen ATP via het proces chemieosmosis gemaakt worden.

http://www.cat.cc.md.us/c...sm/cellresp/atpasear.html


Hier kun je zien hoe het werkt, alleen niet hoe het ATP-synthase er exact uitziet.
Maar na wat speurwerk heb ik het plaatje die uit Campbell "BIOLOGY" komt:

http://io.uwinnipeg.ca/~simmons/resp/sld014.htm


Nu is het duidelijker voor jouw denk ik !

[blobber]

M. Mulder schreef op 06 oktober 2004 @ 20:43:
Waarom kan de eerst schil maar maximaal 2 elektronen waarborgen, de tweede 8, de derde 18 em de vierde 32? Wat bepaald nou m.b.t. krachten waarom zij met een maximum aantal in een schil kunnen vertoeven?

Dat heeft te maken met het baanimpulsmoment, het spinimpulsmoment en het pauli-verbod.Het Pauli verbod houdt in dat er geen electronen in een atoom kunnen voorkomen in precies dezelfde quantumtoestand.
De electronen zijn gerangschikt in een atoom volgens een aantal quantumgetallen, te weten: hoofdquantumgetal n, baanimpulsmoment l en spinimpulsmoment s.
Bij ieder baanimpulsmoment hoort een quantumgetal l met mogelijke waarden
m_l = -l, -l+1,...0, ...,-1+l, l dat zijn 2l+1 waarden.
Verder heeft het electron een spinimpulsmoment s met 2 mogelijke waarden
ms=-¹/₂ , +¹/₂ voor het totaal aantal mogelijke waarden voor het totale impulsmoment moet je dus nog met 2 vermenigvuldigen: 2(2l+1)
de banen zijn opgebouwd volgens opeenlopend quantumgetal,n loopt van 1,2,3,...,
l loopt van 0,1,2...

De toestanden worden vaak nog met de oude spectraal letters aangegeven, dus ipv l=0,1,2,3, is er S,P,D,F.. en wordt als volgt genoteerd: n(Letter)^2(2l+1)

Eerste Schil:
1S²: n=1,l=0, 2(0+1)=2 electronen

Tweede Schil:
2S² n=2,l=0 opnieuw 2(0+1)=2 electronen
2P⁶: n=2, l=1 m_l=-1,0,1, 2(2+1)=6 electronen
totaal 8 electronen

Derde Schil:
3S: n=3,l=0-->3S²
3P: n=3, l=1-->3P⁶
3D: n=3,l=2-->3D¹⁰
totaal 18 electronen

Vierde Schil:
4S: n=4,l=0-->4S²
4P: n=4,l=1-->4P⁶
4D: n=4,l=2-->4D¹⁰
4F: n=4,l=3-->4F¹⁴
totaal 32 electronen

etc.

[M. Mulder]

Deze uitleg van de schillen met bijbehorende quantumgetallen, baanimpuls en spinimpuls verschaffen mij nog niet het inzicht op de vraag: "Wat weerhoudt een elektronenconfiguratie van een schil om bijvoorbeeld in de eerste schil geen 2 maar 3 rond te laten cirkelen. Welke wisselwerkingskracht verstoot een derde elektron om bij de eerste schil te joinen.

Er is geen ruimte voor een 3e elektron, maar waarom niet? Wat bepaald de afstand van de elektronen t.o.v. de kern (protonen) die in de schillen circuleren in hun orbitaal. Misschien is dit wel niet bekend, maar toch beschouw ik deze inzichten als meer waardig dan hoe de elektronen daadwerkelijk geconfigureerd zijn.

[Confusion]

M. Mulder schreef op 08 oktober 2004 @ 23:43:
Deze uitleg van de schillen met bijbehorende quantumgetallen, baanimpuls en spinimpuls verschaffen mij nog niet het inzicht op de vraag: "Wat weerhoudt een elektronenconfiguratie van een schil om bijvoorbeeld in de eerste schil geen 2 maar 3 rond te laten cirkelen.

Elke toestand die met een unieke combinatie van quantumgetallen aanwijsbaar is, kan door maximaal 1 electron bezet worden. Waarom? Dat weet niemand: het is gewoon zo. Dit staat bekend als het Pauli principe en kan worden afgeleid uit het feit dat electronen deeltjes met halftallige spin (in dit geval: 1/2, maar er zijn ook deeltjes met bijvoorbeeld spin 3/2) zijn. In de eerste schil is het eerste quantumgetal 1, de baanimpuls dus 0 en de spinimpuls dus +1/2 of -1/2. Er zijn dus slechts twee unieke combinaties en dus kunnen er slechts twee electronen in. Een derde electron moet in een hogere energietoestand gaan zitten.

[M. Mulder]

Wat men onderzocht heeft qua spin, aantallen per schil, schillen an sich, orbitalen enz. vertelt jammergenoeg dus niets waarom het zo is en dat is nou juist wat mij zo intrigeert en waar ik vaak mijn vragen op richt.

Hmmm, als die elektronen dus in orbitalen rondom de kern "zweven" dan blijven ze dit dus 'eeuwig' doen, totdat ze gestoord worden door bijvoorbeeld een hoge temperatuur of een oxidator die de elektronen wegtrekt.
Mag ik hieruit concluderen dat de symbiose tussen elektron en kern (proton) een perpetuum-achtige relatie is. Zij wekken geen energie op, maar het blijft wel domweg een elektron die continu circuleert rondom de kern.

Zijn er speculaties betreffende de elektronenconfiguratie met maximum aantallen per schil die een eventuele verklaring kan bieden?

[Verwijderd]

M. Mulder schreef op 08 oktober 2004 @ 23:43:
"Wat weerhoudt een elektronenconfiguratie van een schil om bijvoorbeeld in de eerste schil geen 2 maar 3 rond te laten cirkelen. Welke wisselwerkingskracht verstoot een derde elektron om bij de eerste schil te joinen.

Er is geen ruimte voor een 3e elektron, maar waarom niet? Wat bepaald de afstand van de elektronen t.o.v. de kern (protonen) die in de schillen circuleren in hun orbitaal. Misschien is dit wel niet bekend, maar toch beschouw ik deze inzichten als meer waardig dan hoe de elektronen daadwerkelijk geconfigureerd zijn.

Dit valt een beetje buiten mijn kennisgebied, maar misschien helpt dit?

Orbitals, States, and Wavefunctions
Since electrons are fermions they are subject to the Pauli exclusion principle, which states that no two fermions can occupy the same quantum state at once. This is the fundamental basis of the configuration of electrons in an atom: once a state is occupied by an electron, the next electron must occupy a different quantum mechanical state.
...
Energy Levels (n)
The first quantum number n corresponds to the overall energy and hence also the distance from the nucleus of an orbital, hence sets of states with the same n are often referred to as electron shells or energy levels. These are not sharply delineated zones within the atom, but rather fuzzy-edged regions within which an electron is likely to be found, due to the probabilistic nature of quantum mechanical wavefunctions.

Bron: http://www.fact-index.com/e/el/electron_configuration.html

Heeft dus te maken met de al eerder besproken kwantumgetallen, en het feit dat dit spul liever lui dan moe is: het innemen van de laagste energie niveau op basis van zijn huidige eigenschappen/mogelijkheden.

[blobber]

M. Mulder schreef op 09 oktober 2004 @ 01:26:
Wat men onderzocht heeft qua spin, aantallen per schil, schillen an sich, orbitalen enz. vertelt jammergenoeg dus niets waarom het zo is en dat is nou juist wat mij zo intrigeert en waar ik vaak mijn vragen op richt.

Het Pauli verbod komt voort uit het feit dat deeltjes met een halftallige spin een antisymmetrische golffunctie bezitten.Voor de totale toestand x voor twee deeltjes in dezelfde quantumtoestand houdt dit in dat x=-x en dat kan alleen waar zijn voor x=0, ofwel een toestand van twee identieke deeltjes met een antisymmetrische golffunctie (zoals electronen) bestaat niet.Er bestaan nog veel meer van zulke regels die men selectieregels noemt, die bijvoorbeeld verklaren waarom alleen bepaalde spectraalovergangen in atomen al dan niet mogelijk zijn.

Hmmm, als die elektronen dus in orbitalen rondom de kern "zweven" dan blijven ze dit dus 'eeuwig' doen, totdat ze gestoord worden door bijvoorbeeld een hoge temperatuur of een oxidator die de elektronen wegtrekt.
Mag ik hieruit concluderen dat de symbiose tussen elektron en kern (proton) een perpetuum-achtige relatie is. Zij wekken geen energie op, maar het blijft wel domweg een elektron die continu circuleert rondom de kern.

Zolang er geen arbeid verricht wordt, zie ik niet in waarom ze ermee zouden stoppen

Zijn er speculaties betreffende de elektronenconfiguratie met maximum aantallen per schil die een eventuele verklaring kan bieden?

De reden van de precieze verdeling per schil is hierboven al genoemd.