ENDERGONIKUS REAKCIÓ: JELLEMZŐK, PÉLDÁK - KÉMIA - 2025

Az endergonikus reakció az, amely nem léphet fel spontán módon, és nagy energiaellátást igényel. A kémiában ez az energia általában kalória. Az endergonikus reakciók közül a legismertebbek az endoterm reakciók, azaz azok, amelyek hőt vesznek fel az előforduláshoz.

Miért nem minden spontán reakció? Mivel felfelé haladnak a termodinamika törvényei szerint: energiát fogyasztanak, és az érintett fajok által létrehozott rendszerek csökkentik entrópiájukat; vagyis kémiai célokra molekulárisabban rendeződnek.

Forrás: Pxhere

A téglafal építése az endergonikus reakció példája. A tégla önmagában nem elég tömör ahhoz, hogy szilárd testet képezzen. Ennek oka az, hogy nincs olyan energianyereség, amely elősegíti a szakszervezeteiket (ez tükröződik az esetleges alacsony intermolekuláris interakcióikban is).

Tehát a fal felépítéséhez cementre és munkaerőre van szükség. Ez energia, és a nem spontán reakció (a fal nem épül automatikusan felépítésre) válik lehetővé, ha észleljük az energia haszonát (a fal esetében gazdasági szempontból).

Ha nincs haszon, a fal bármilyen zavar alatt összeomlik, és téglái soha nem lesznek képesek együtt tartani. Ugyanez vonatkozik sok kémiai vegyületre, amelyek építőkövei nem képesek spontán módon összekapcsolódni.

Az endergonikus reakció jellemzői

Mi lenne, ha a fal spontán módon felépíthető? Ehhez a téglák közötti kölcsönhatásoknak nagyon erősnek és stabilnak kell lenniük, annyira, hogy semmilyen cementnek vagy senkinek nem kell megrendelnie őket; míg a téglafal, bár ellenálló, a szilárd cement, amely ezeket tartja össze, és nem megfelelõen a tégla anyaga.

Ezért az endergonikus reakció első jellemzői:

- Nem spontán

-Abszorbeálja a hőt (vagy más típusú energiát)

És miért szívja fel az energiát? Mivel termékeiknek több energiája van, mint a reakcióban részt vevő reagenseknek. Ezt a következő egyenlettel reprezentálhatjuk:

ΔG = G _reaktív -G _termékek

Ahol ΔG a Gibbs-mentes energia változása. Mivel a G _termék nagyobb (mert energikusabb), mint a G _reagensek, az kivonásnak nagyobbnak kell lennie, mint nulla (ΔG> 0). Az alábbi kép tovább foglalja össze az elmagyarázott képet:

Forrás: Gabriel Bolívar

Vegye figyelembe a termékek és a reagensek energiaállapota közötti különbséget (lila vonal). Ezért a reagensek nem válnak termékekké (A + B => C), ha előbb nincs hőelnyelés.

Növeli a rendszer szabad energiáját

Minden endergonikus reakcióhoz társul a rendszer Gibbs-mentes energiájának növekedése. Ha egy adott reakció esetében igaz, hogy ΔG> 0, akkor nem lesz spontán, és energiaellátást kell végrehajtani.

Hogyan lehet matematikailag megtudni, hogy a reakció endergonikus-e vagy sem? A következő egyenlet alkalmazásával:

ΔG = ΔH - TΔS

Ahol ΔH a reakció entalpiája, azaz a felszabadult vagy elnyelt teljes energia; ΔS az entrópia változása, T pedig a hőmérséklet. A TΔS tényező az az energiaveszteség, amelyet nem használnak a molekulák fázisban történő kibővítéséhez vagy elrendezéséhez (szilárd, folyékony vagy gáz).

Így ΔG az az energia, amelyet a rendszer felhasználhat munkához. Mivel az ΔG pozitív jele van az endergonikus reakciónak, energiát vagy munkát kell alkalmazni a rendszerre (reagensek) a termékek előállításához.

Ezután az ΔH (pozitív, endoterm reakció, negatív, exoterm reakció) és TΔS értékeinek ismeretével megtudhatjuk, hogy a reakció endergonikus-e. Ez azt jelenti, hogy noha a reakció endoterm, nem feltétlenül endergonikus.

A jégkocka

Például egy jégkocka folyékony vízbe olvad, és elnyeli a hőt, ami elősegíti a molekulák elválasztását; azonban a folyamat spontán, ezért nem egy endergonikus reakció.

És mi van azzal a helyzettel, amikor meg akarja olvadni a jeget -100ºC alatti hőmérsékleten? Ebben az esetben a TΔS kifejezés a szabad energia egyenletben kicsi lesz az ΔH-hoz képest (mert T csökken), és ennek eredményeként ΔG pozitív értéket mutat.

Más szavakkal: a jég olvadása -100ºC alatt endergonikus folyamat, és nem spontán. Hasonló eset van a víz fagyasztása körülbelül 50 ° C körüli hőmérsékleten, ami nem történik spontán módon.

A termék linkei gyengébbek

Egy másik fontos jellemző, amely szintén az ΔG-hez kapcsolódik, az új kötések energiája. A képződött termékek kötései gyengébbek, mint a reagenseknél. A kötések szilárdságának csökkenését azonban egy tömeggyarapodás kompenzálja, amely tükröződik a fizikai tulajdonságokban.

Itt a téglafallal való összehasonlítás elveszíti értelmét. A fentiek szerint a téglán belüli kötéseknek erősebbeknek kell lenniük, mint a közöttük és a cementtel. A fal egésze azonban nagyobb tömegének köszönhetően merevebb és ellenállóbb.

Valami hasonlót a példák részében magyarázunk, de cukorral.

Exergonikus reakciókkal jár

Ha az endergonikus reakciók nem spontánok, hogyan történnek meg a természetben? A válasz annak köszönhető, hogy összekapcsolódnak más meglehetősen spontán (exergonikus) reakciókkal, amelyek valamilyen módon elősegítik azok fejlődését.

Például a következő kémiai egyenlet képviseli ezt a pontot:

A + B => C (endergonikus reakció)

C + D => E (exergonikus reakció)

Az első reakció nem spontán, tehát természetesen nem fordulhat elő. A C előállítása azonban lehetővé teszi a második reakció bekövetkezését, amely E-t okoz.

Ha hozzáadjuk a Gibbs szabad energiáit a két reakcióhoz, ΔG ₁ és ΔG ₂, nulla alatti eredménnyel (ΔG <0), akkor a rendszer növeli az entrópiát, és ezért spontán lesz.

Ha C nem reagál a D-vel, A soha nem tudta kialakítani, mert nincs energiakompenzáció (mint a téglafallal járó pénz esetében). Azt mondják, hogy C és D "húzza" A-t és B-t reagálni, annak ellenére, hogy endergonikus reakció.

Példák

Forrás: Max Pixel

Fotoszintézis

A növények napenergiát használnak szénhidrátok és oxigén előállítására szén-dioxidból és vízből. CO ₂ és O ₂, kis molekulák erős kötések, cukrok, gyűrűs szerkezetű, amelyek nehezebb, több szilárd, és az olvadék hőmérséklete mintegy 186ºC.

Vegye figyelembe, hogy a CC, CH és CO kötések gyengébbek, mint az O = C = O és O = O kötések. És egy cukor egységből a növény poliszacharidokat, például cellulózt állíthat elő.

Biomolekulák és makromolekulák szintézise

Az endergonikus reakciók az anabolikus folyamatok részei. A szénhidrátokhoz hasonlóan az egyéb biomolekulák, például a fehérjék és a lipidek is összetett mechanizmusokat igényelnek, amelyek nélkülük és az ATP hidrolízis reakciójával összekapcsolódva nem léteznének.

Hasonlóképpen, az metabolikus folyamatok, például a sejtek légzése, az ionok diffúziója a sejtmembránon és az oxigén szállítása a véráramban, példák az endergonikus reakciókra.

Gyémántok és nehéz vegyületek képződése nyersolajból

A gyémántok óriási nyomást és hőmérsékletet igényelnek, így alkotóelemeiket kristályos szilárd anyaggá lehet tömöríteni.

Néhány kristályosodás azonban spontán, bár nagyon lassú sebességgel fordul elő (a spontaneitás nincs kapcsolatban a reakció kinetikájával).

Végül, a nyersolaj önmagában az endergonikus reakciók terméke, különösen a nehéz szénhidrogének vagy makromolekulák, úgynevezett aszfaltének.

Szerkezete nagyon bonyolult, szintézisük sokáig tart (millió év), hő és baktériumok hatására.

Irodalom

1. QuimiTube. (2014). Endergonikus és exergonikus reakciók. Helyreállítva: quimitube.com
2. Khan Akadémia. (2018). Szabad energia. Helyreállítva: es.khanacademy.org
3. Biológiai szótár. (2017). Az endergonikus reakció meghatározása. Helyreállítva: biologydictionary.net
4. Lougee, Mary. (2018. május 18.). Mi az endergonikus reakció? Sciencing. Helyreállítva: sciencing.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. június 22.). Endergonic vs Exergonic (példákkal). Helyreállítva: gondolat.com
6. Arrington D. (2018). Endergonikus reakció: meghatározás és példák. Tanulmány. Helyreállítva: study.com
7. Audersirk Byers. (2009). Élet a földön. Mi az energia?. Helyreállítva: hhh.gavilan.edu