ЭНДЕРГОНИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКА, ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

Эндергоническая реакция является тот , который не может происходить спонтанно, а также требует высокого запаса энергии. В химии эта энергия обычно калорийная. Самыми известными из всех эндергонических реакций являются эндотермические реакции, то есть реакции поглощения тепла.

Почему не все реакции спонтанные? Потому что они идут в ногу с законами термодинамики: они потребляют энергию, а системы, образованные соответствующими видами, уменьшают свою энтропию; то есть для химических целей они становятся более молекулярно упорядоченными.

Источник: Pxhere

Строительство кирпичной стены - пример эндергонической реакции. Сами по себе кирпичи недостаточно уплотняются, чтобы образовать твердое тело. Это связано с тем, что отсутствует выигрыш в энергии, который способствует их объединению (что также отражается в их возможных низких межмолекулярных взаимодействиях).

Итак, чтобы построить стену, вам понадобится цемент и рабочая сила. Это энергия, и несамопроизвольная реакция (стена не будет построена автоматически) становится возможной, если ощущается энергетическая выгода (экономическая, в случае стены).

Если нет никакой выгоды, стена рухнет при любом воздействии, и ее кирпичи никогда не смогут держаться вместе. То же самое можно сказать и о многих химических соединениях, строительные блоки которых не могут спонтанно объединиться.

Характеристики эндергонической реакции

Что, если стену можно построить самопроизвольно? Для этого взаимодействия между кирпичами должны быть очень прочными и стабильными, настолько, чтобы ни цемент, ни человек не заказывали их; в то время как кирпичная стена, хотя и является прочной, представляет собой затвердевший цемент, который удерживает их вместе, а не сам материал кирпичей.

Следовательно, первыми характеристиками эндергонической реакции являются:

-Это не спонтанно

-Поглощает тепло (или другой вид энергии)

И почему он поглощает энергию? Потому что их продукты имеют больше энергии, чем реагенты, участвующие в реакции. Это можно представить следующим уравнением:

DG = G _{Реактивные} -G _{продукты}

Где ΔG - изменение свободной энергии Гиббса. Поскольку _{продукт} G больше (потому что он более энергетичен), чем _{реагенты} G , вычитание должно быть больше нуля (ΔG> 0). Следующее изображение резюмирует только что объясненное:

Источник: Габриэль Боливар

Обратите внимание на разницу между энергетическими состояниями продуктов и реагентов (фиолетовая линия). Следовательно, реагенты не превращаются в продукты (A + B => C), если сначала не происходит поглощения тепла.

Увеличивает свободную энергию системы

Каждая эндергоническая реакция связана с увеличением свободной энергии Гиббса системы. Если для определенной реакции верно, что ΔG> 0, то она не будет спонтанной и потребует подачи энергии для осуществления.

Как математически узнать, является ли реакция эндергонической или нет? Применяя следующее уравнение:

ΔG = ΔH - TΔS

Где ΔH - энтальпия реакции, то есть полная выделенная или поглощенная энергия; ΔS - изменение энтропии, T - температура. Фактор TΔS - это потеря энергии, не используемая при расширении или расположении молекул в фазе (твердой, жидкой или газовой).

Таким образом, ΔG - это энергия, которую система может использовать для выполнения работы. Поскольку ΔG имеет положительный знак для эндергонической реакции, для получения продуктов необходимо приложить энергию или работу к системе (реагентам).

Затем, зная значения ΔH (положительный для эндотермической реакции и отрицательный для экзотермической реакции) и TΔS, можно узнать, является ли реакция эндергонической. Это означает, что хотя реакция является эндотермической, она не обязательно является эндергонической .

Кубик льда

Например, кубик льда растворяется в жидкой воде, поглощая тепло, которое помогает разделить его молекулы; однако этот процесс является спонтанным и поэтому не является эндергонической реакцией.

А как насчет ситуации, когда вы хотите растопить лед при температуре значительно ниже -100ºC? В этом случае член TΔS в уравнении свободной энергии становится малым по сравнению с ΔH (потому что T уменьшается), и в результате ΔG будет иметь положительное значение.

Другими словами: таяние льда ниже -100ºC - это эндергонический процесс, и он не является спонтанным. Похожий случай - замерзание воды примерно на 50ºC, что не происходит спонтанно.

Ссылки на ваши продукты слабее

Другой важной характеристикой, также связанной с ΔG, является энергия новых связей. Связи образующихся продуктов слабее, чем у реагентов. Однако снижение прочности связей компенсируется увеличением массы, что отражается на физических свойствах.

Здесь начинает терять смысл сравнение с кирпичной стеной. Согласно вышесказанному, связи внутри кирпичей должны быть прочнее, чем связи между ними и цементом. Однако стена в целом более жесткая и устойчивая за счет большей массы.

Нечто подобное будет объяснено в разделе примеров, но с сахаром.

Он сочетается с экзергоническими реакциями.

Если эндергонические реакции не являются спонтанными, как они протекают в природе? Ответ связан с взаимодействием с другими довольно спонтанными (экзергоническими) реакциями, которые так или иначе способствуют их развитию.

Например, следующее химическое уравнение представляет эту точку:

A + B => C (эндергоническая реакция)

C + D => E (экзэргоническая реакция)

Первая реакция не является спонтанной, поэтому, естественно, не может возникнуть. Однако образование C позволяет протекать второй реакции, в результате чего E.

Если сложить свободные энергии Гиббса для двух реакций, ΔG ₁ и ΔG ₂ , с результатом меньше нуля (ΔG <0), тогда система представит увеличение энтропии и, следовательно, будет спонтанным.

Если бы C не реагировал с D, A никогда бы не смог его сформировать, потому что нет компенсации энергии (как в случае денег с кирпичной стеной). Затем говорится, что C и D «притягивают» A и B к реакции, даже если это эндергоническая реакция.

Примеры

Источник: Max Pixel

Фотосинтез

Растения используют солнечную энергию для создания углеводов и кислорода из углекислого газа и воды. CO ₂ и O ₂ , небольшие молекулы с прочными связями, образуют сахара с более тяжелыми, более твердыми кольцевыми структурами и плавятся при температуре около 186 ° C.

Обратите внимание, что связи CC, CH и CO слабее, чем у O = C = O и O = O. А из сахарной единицы растение может синтезировать полисахариды, например целлюлозу.

Синтез биомолекул и макромолекул

Эндергонические реакции являются частью анаболических процессов. Подобно углеводам, другие биомолекулы, такие как белки и липиды, требуют сложных механизмов, которые без них и взаимодействия с реакцией гидролиза АТФ не могли бы существовать.

Аналогичным образом, метаболические процессы, такие как клеточное дыхание, диффузия ионов через клеточные мембраны и транспорт кислорода через кровоток, являются примерами эндергонических реакций.

Образование алмазов и тяжелых соединений из сырой нефти

Для алмазов требуется огромное давление и температура, чтобы их компоненты можно было спрессовать в кристаллическое твердое тело.

Однако некоторые кристаллизации являются спонтанными, хотя и происходят с очень медленными скоростями (спонтанность не имеет отношения к кинетике реакции).

Наконец, сырая нефть сама по себе представляет собой продукт эндергонических реакций, особенно тяжелых углеводородов или макромолекул, называемых асфальтенами.

Его структуры очень сложны, и их синтез занимает длительное время (миллионы лет), нагревание и действие бактерий.

Ссылки

1. QuimiTube. (2014). Эндергонические и экзэргонические реакции. Получено с: quimitube.com
2. Ханская академия. (2018). Свободная энергия. Получено с: es.khanacademy.org
3. Биологический словарь. (2017). Определение эндергонической реакции. Получено с: biologydictionary.net
4. Lougee, Мэри. (18 мая 2018 г.). Что такое эндергоническая реакция? Sciencing. Получено с: sciencing.com
5. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (22 июня 2018 г.). Endergonic vs Exergonic (с примерами). Получено с: thinkco.com
6. Аррингтон Д. (2018). Эндергоническая реакция: определение и примеры. Учиться. Получено с: study.com
7. Одерсерк Байерс. (2009). Жизнь на Земле. Что такое энергия? . Получено с: hhh.gavilan.edu