REAKCJA ENDERGONICZNA: CHARAKTERYSTYKA, PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Reakcja endoenergetyczna jest, że nie może wystąpić samoistnie, a także wymaga wysokiej 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.

Źródło: Pxhere

Przykładem reakcji endergonicznej jest budowa muru z cegły. Same cegły nie zagęszczają się wystarczająco, aby utworzyć bryłę. Dzieje się tak, ponieważ nie ma zysku energetycznego, który promowałby ich związki (również odzwierciedlone w ich możliwych niskich interakcjach międzycząsteczkowych).

Tak więc, 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.

Charakterystyka reakcji endergonicznej

A jeśli ścianę można zbudować spontanicznie? Aby to zrobić, interakcje między cegłami muszą być bardzo silne i stabilne, do tego stopnia, że ​​żaden cement ani osoba nie będą musiały ich zamawiać; podczas gdy ceglana ściana, choć jest wytrzymała, jest utwardzonym cementem, który utrzymuje je razem, a nie jest właściwie materiałem cegieł.

Dlatego pierwsze cechy reakcji endergonicznej to:

-To nie jest spontaniczne

-Pochłania ciepło (lub inny rodzaj energii)

A dlaczego pochłania energię? Ponieważ ich produkty mają więcej energii niż reagenty biorące udział w reakcji. Można to przedstawić za pomocą następującego równania:

ΔG = G _{Produkty reaktywne} -G

Gdzie ΔG to zmiana w energii swobodnej Gibbsa. Ponieważ _produkt G jest większy (ponieważ jest bardziej energetyczny) niż _odczynniki G , odejmowanie musi być większe niż zero (ΔG> 0). Poniższy obraz dalej podsumowuje to, co właśnie zostało wyjaśnione:

Źródło: Gabriel Bolívar

Zwróć uwagę na różnicę między stanami energetycznymi między produktami a reagentami (fioletowa linia). Dlatego reagenty nie stają się produktami (A + B => C), jeśli najpierw nie nastąpi absorpcja ciepła.

Zwiększa darmową energię systemu

Każda reakcja endergoniczna wiąże się ze wzrostem energii swobodnej Gibbsa ustroju. Jeśli dla danej reakcji prawdą jest, że ΔG> 0, to nie będzie ona spontaniczna i będzie wymagała dostarczenia energii do przeprowadzenia.

Jak matematycznie dowiedzieć się, czy reakcja jest endergiczna, czy nie? Stosując następujące równanie:

ΔG = ΔH - TΔS

Gdzie ΔH to entalpia reakcji, to znaczy całkowita energia uwolniona lub pochłonięta; ΔS to zmiana entropii, a T to temperatura. Współczynnik TΔS to strata energii niewykorzystana podczas rozszerzania się lub układania 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 w przypadku reakcji endotermicznej i ujemny w przypadku reakcji egzotermicznej) oraz TΔS można stwierdzić, czy reakcja jest endergoniczna. Oznacza to, że chociaż reakcja jest endotermiczna, niekoniecznie jest endergiczna .

Kostka lodu

Na przykład kostka lodu topi się w płynną wodę, pochłaniając ciepło, które pomaga rozdzielać jej cząsteczki; jest to jednak proces spontaniczny, dlatego nie jest reakcją endergoniczną.

A co z sytuacją, w której chcesz stopić lód w temperaturze znacznie poniżej -100ºC? W tym przypadku człon 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.

Twoje linki do produktów są słabsze

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.

Jest to sprzężone z reakcjami egzergonicznymi

Jeśli reakcje endergiczne nie są spontaniczne, jak zachodzą w przyrodzie? Odpowiedzią jest sprzężenie z innymi reakcjami, które są dość spontaniczne (egzergoniczne) i które w jakiś sposób sprzyjają ich rozwojowi.

Na przykład następujące równanie chemiczne przedstawia 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.

Po dodaniu energii swobodnych Gibbsa dla dwóch reakcji, ΔG ₁ i ΔG ₂ , z wynikiem mniejszym od zera (ΔG <0), wówczas układ będzie wykazywał wzrost entropii, a zatem będzie spontaniczny.

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.

Przykłady

Źródło: Max Pixel

Fotosynteza

Rośliny wykorzystują energię słoneczną do wytwarzania węglowodanów i tlenu z dwutlenku węgla i wody. CO ₂ i O ₂ , małe cząsteczki z silnymi wiązaniami, tworzą cukry o strukturach pierścieniowych, które są cięższe, bardziej stałe i topią się w temperaturze około 186ºC.

Należy zauważyć, że wiązania CC, CH i CO są słabsze niż wiązania O = C = O i O = O. Z jednostki cukru roślina może syntetyzować polisacharydy, takie jak celuloza.

Synteza biocząsteczek i makrocząsteczek

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.

Powstawanie diamentów i ciężkich związków z ropy naftowej

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 stanowi produkt reakcji endergonicznych, zwłaszcza ciężkich węglowodorów lub makrocząsteczek zwanych asfaltenami.

Jego struktury są bardzo złożone, a ich synteza zajmuje dużo czasu (miliony lat), ciepło i działanie bakterii.

Bibliografia

1. QuimiTube. (2014). Reakcje endergoniczne i egzergoniczne. Odzyskany z: quimitube.com
2. Khan academy. (2018). Darmowa energia. Odzyskane z: es.khanacademy.org
3. Słownik biologii. (2017). Definicja reakcji endergonicznej. Źródło: biologydictionary.net
4. Lougee, Mary. (18 maja 2018). Co to jest reakcja endergoniczna? Nauka. Odzyskany z: sciencing.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 czerwca 2018). Endergonic vs Exergonic (z przykładami). Odzyskany z: thinkco.com
6. Arrington D. (2018). Reakcja endergoniczna: definicja i przykłady. Badanie. Odzyskany z: study.com
7. Audersirk Byers. (2009). Życie na Ziemi. Co to jest energia? . Odzyskany z: hhh.gavilan.edu