ZA reakcja endergoniczna To taka, która nie może nastąpić spontanicznie, a także wymaga dużej podaży energii. W chemii ta energia jest ogólnie kaloryczna. Najbardziej znanymi ze wszystkich reakcji endergonicznych są reakcje endotermiczne, czyli takie, które pochłaniają ciepło.
Dlaczego nie wszystkie reakcje są spontaniczne? Ponieważ idą pod górę zgodnie z prawami termodynamiki: zużywają energię, a systemy utworzone przez zaangażowane gatunki zmniejszają ich entropię; to znaczy ze względów chemicznych stają się bardziej uporządkowane molekularnie.
Przykładem reakcji endergonicznej jest budowa muru z cegły. Same cegły nie są wystarczająco zagęszczone, aby utworzyć bryłę. Dzieje się tak, ponieważ nie ma zysku energetycznego, który promowałby ich związki (również odzwierciedlone w ich możliwych niskich interakcjach międzycząsteczkowych).
Aby zbudować ścianę, potrzebujesz cementu i siły roboczej. To jest energia, a niespontaniczna reakcja (ściana nie zostanie zbudowana automatycznie) staje się możliwa, jeśli dostrzeżona zostanie korzyść energetyczna (ekonomiczna, w przypadku ściany).
Jeśli nie przyniesie to korzyści, ściana zawali się pod wpływem jakichkolwiek zakłóceń, a jej cegły nigdy nie będą w stanie utrzymać się razem. To samo dotyczy wielu związków chemicznych, których elementy budulcowe nie mogą się spontanicznie połączyć..
Indeks artykułów
A jeśli ścianę można zbudować spontanicznie? W tym celu interakcje między cegłami muszą być bardzo silne i stabilne, do tego stopnia, że żaden cement ani osoba nie będą musiały ich zamawiać; podczas gdy mur ceglany, choć jest wytrzymały, jest utwardzonym cementem, który je trzyma, a nie właściwie materiałem cegieł.
Dlatego pierwsze cechy reakcji endergonicznej to:
-To nie jest spontaniczne
-Absorbuje ciepło (lub inną energię)
A dlaczego pochłania energię? Ponieważ jego produkty mają więcej energii niż reagenty biorące udział w reakcji. Można to przedstawić za pomocą następującego równania:
ΔG = G.Produkty-solOdczynniki
Gdzie ΔG to zmiana w energii swobodnej Gibbsa. Jak G.Produkt jest większy (ponieważ jest bardziej energiczny) niż G.Odczynniki, odejmowanie musi być większe od zera (ΔG> 0). Poniższy obraz dalej podsumowuje to, co właśnie zostało wyjaśnione:
Zwróć uwagę na różnicę między stanami energii między produktami a reagentami (fioletowa linia). Dlatego reagenty nie stają się produktami (A + B => C), jeśli najpierw nie nastąpi absorpcja ciepła..
Każda reakcja endergoniczna wiąże się ze wzrostem energii swobodnej Gibbsa ustroju. Jeśli dla danej reakcji zostanie spełnione, że ΔG> 0, to nie będzie ona spontaniczna i będzie wymagała wykonania dostawy energii.
Jak matematycznie dowiedzieć się, czy reakcja jest endergiczna, czy nie? Stosując następujące równanie:
ΔG = ΔH-TΔS
Gdzie ΔH jest entalpią reakcji, to znaczy całkowitą uwolnioną lub zaabsorbowaną energią; ΔS to zmiana entropii, a T to temperatura. Współczynnik TΔS to strata energii niewykorzystana do ekspansji lub ułożenia cząsteczek w fazie (stałej, ciekłej lub gazowej).
Zatem ΔG to energia, którą system może wykorzystać do wykonania pracy. Ponieważ ΔG ma dodatni znak dla reakcji endergonicznej, należy przyłożyć energię lub pracę do układu (reagentów), aby otrzymać produkty.
Wówczas znając wartości ΔH (dodatni dla reakcji endotermicznej i ujemny dla reakcji egzotermicznej) oraz TΔS, można stwierdzić, czy reakcja jest endergoniczna. Oznacza to, że chociaż reakcja jest endotermiczna, nie jest koniecznie endergiczne.
Na przykład kostka lodu topi się w płynną wodę, pochłaniając ciepło, które pomaga rozdzielać jej cząsteczki; jest to jednak proces spontaniczny i dlatego nie jest reakcją endergoniczną.
A co z sytuacją, w której chcesz stopić lód w temperaturze znacznie poniżej -100ºC? W tym przypadku składnik TΔS w równaniu energii swobodnej staje się mały w porównaniu z ΔH (ponieważ T maleje), w wyniku czego ΔG będzie miało wartość dodatnią.
Innymi słowy: topnienie lodu poniżej -100ºC jest procesem endergonicznym i nie jest spontaniczne. Podobny przypadek to zamrożenie wody w okolicach 50ºC, co nie następuje samoistnie..
Inną ważną cechą, również związaną z ΔG, jest energia nowych wiązań. Wiązania powstających produktów są słabsze niż wiązania reagentów. Jednak spadek wytrzymałości wiązań jest kompensowany przez przyrost masy, co znajduje odzwierciedlenie we właściwościach fizycznych.
Tutaj porównanie z ceglanym murem zaczyna tracić sens. Zgodnie z powyższym, wiązania wewnątrz cegieł muszą być silniejsze niż między nimi a cementem. Jednak ściana jako całość jest bardziej sztywna i wytrzymała ze względu na większą masę..
Coś podobnego zostanie wyjaśnione w sekcji przykładów, ale z cukrem.
Jeśli reakcje endergiczne nie są spontaniczne, jak zachodzą w przyrodzie? Odpowiedź tkwi w sprzężeniu z innymi reakcjami, które są dość spontaniczne (egzergoniczne) i które w jakiś sposób sprzyjają ich rozwojowi..
Na przykład następujące równanie chemiczne reprezentuje ten punkt:
A + B => C (reakcja endergoniczna)
C + D => E (reakcja egzergoniczna)
Pierwsza reakcja nie jest spontaniczna, więc w naturalny sposób nie mogłaby wystąpić. Jednak produkcja C pozwala na wystąpienie drugiej reakcji, powodując E..
Dodanie energii swobodnej Gibbsa dla dwóch reakcji, ΔG1 i ΔGdwa, z wynikiem mniejszym od zera (ΔG<0), entonces el sistema presentará un incremento de la entropía y por lo tanto será espontáneo.
Gdyby C nie zareagował z D, A nigdy by go nie uformował, ponieważ nie ma kompensacji energii (jak w przypadku pieniędzy z ceglaną ścianą). Mówi się wtedy, że C i D „przyciągają” A i B do reakcji, mimo że jest to reakcja endergoniczna..
Rośliny wykorzystują energię słoneczną do wytwarzania węglowodanów i tlenu z dwutlenku węgla i wody. COdwa mniedwa, małe cząsteczki z silnymi wiązaniami tworzą cukry o strukturach pierścieniowych, które są cięższe, bardziej stałe i topią się w temperaturze około 186ºC..
Zauważ, że wiązania C-C, C-H i C-O są słabsze niż wiązania O = C = O i O = O. Z jednostki cukru roślina może syntetyzować polisacharydy, takie jak celuloza.
Reakcje endergoniczne są częścią procesów anabolicznych. Podobnie jak węglowodany, inne biocząsteczki, takie jak białka i lipidy, wymagają złożonych mechanizmów, które bez nich i sprzężenia z reakcją hydrolizy ATP nie mogłyby istnieć.
Podobnie procesy metaboliczne, takie jak oddychanie komórkowe, dyfuzja jonów przez błony komórkowe i transport tlenu przez krwioobieg są przykładami reakcji endergonicznych..
Diamenty wymagają ogromnych ciśnień i temperatur, aby ich składniki mogły zostać sprasowane w krystaliczną substancję stałą..
Jednak niektóre krystalizacje są spontaniczne, chociaż zachodzą z bardzo małą prędkością (spontaniczność nie ma związku z kinetyką reakcji).
Wreszcie sama ropa naftowa jest produktem reakcji endergonicznych, zwłaszcza ciężkich węglowodorów lub makrocząsteczek zwanych asfaltenami..
Ich struktury są bardzo złożone, a ich synteza zajmuje dużo czasu (miliony lat), ciepło i działanie bakterii..
Jeszcze bez komentarzy