Ендергонічні характеристики реакції, приклади



Перший ендергонічна реакція це той, який не може пройти спонтанно, а також вимагає високої енергії. У хімії ця енергія зазвичай є калорійною. Найбільш відомими серед усіх ендергонічних реакцій є ендотермічні реакції, тобто ті, які поглинають тепло для виробництва.

Чому не всі реакції спонтанні? Тому що вони йдуть вгору до законів термодинаміки: вони споживають енергію, а системи, утворені задіяними видами, зменшують їх ентропію; тобто для хімічних цілей вони стають молекулярно більш впорядкованими.

Будівництво цегляної стіни є прикладом ендергонічної реакції. Цеглини не досить компактні, щоб утворити тверде тіло. Це пояснюється тим, що не існує енергетичного підсилення, яке сприяє їх об'єднанню (відображене також в їх можливих низьких міжмолекулярних взаємодіях).

Отже, для побудови стіни потрібні цемент та робоча сила. Це енергія, і неспонтанна реакція (стіна не буде побудована автоматично) стає можливою, якщо сприймається енергетична вигода (економічна, у випадку стіни).

Якщо немає ніякої користі, стіна обрушиться перед будь-яким збуренням, і його цеглини ніколи не зберуться разом. Те ж саме стосується багатьох хімічних сполук, будівельні блоки яких не можуть спонтанно об'єднатися.

Індекс

  • 1 Характеристика ендергонічної реакції
    • 1.1 Збільшення вільної енергії системи
    • 1.2 Зв'язки їхньої продукції слабкіше
    • 1.3 Це поєднується з ексергонічними реакціями
  • 2 Приклади
    • 2.1 Фотосинтез
    • 2.2 Синтез біомолекул і макромолекул
    • 2.3 Утворення алмазів і важких неочищених сполук
  • 3 Посилання

Характеристика ендергонічної реакції

Що робити, якщо стіна може бути спонтанно побудована? Для цього взаємодія між цеглою повинна бути дуже міцною і стабільною, так що цемент або людина, яка їх замовляє, не буде потрібна; в той час як цегляна стіна, в той час як вона стійка, це затверділий цемент, який тримає їх разом, а не належним чином матеріал цегли.

Отже, першими характеристиками ендергонічної реакції є:

-Це не спонтанно

-Поглинає тепло (або інший тип енергії)

І чому вона поглинає енергію? Тому що їх продукти мають більше енергії, ніж реагенти, що беруть участь в реакції. Вищенаведене можна представити наступним рівнянням:

ΔG = GПродукти-GРеагенти

Де ΔG - це зміна вільної енергії Гіббса. Як GПродукт більше (тому що він більш енергійний), ніж GРеагенти, віднімання має бути більше нуля (ΔG> 0). Наведене нижче зображення підсумовує те, що тільки що було пояснено:

Зверніть увагу на різницю між енергетичними станами між продуктами і реагентами (фіолетова лінія). Отже, реагенти не перетворюються на продукти (A + B => C), якщо спочатку немає поглинання тепла.

Збільшення вільної енергії системи

У кожній ендергонічній реакції пов'язане збільшення вільної енергії Гіббса системи. Якщо для певної реакції ΔG> 0 виконано, то воно не буде спонтанним і вимагатиме проведення енергопостачання.

Як математично знати, чи є реакція endergónica? Застосовуючи наступне рівняння:

ΔG = ΔH-TΔS

Де ΔH - ентальпія реакції, тобто загальна енергія, що вивільняється або поглинається; ΔS - зміна ентропії, а T - температура. Коефіцієнт TΔS є втратою енергії, не використовуваної при розширенні або упорядкуванні молекул у фазі (тверде, рідке або газоподібне).

Таким чином, ΔG є енергією, яку система може використовувати для виконання завдання. Оскільки ΔG має позитивний знак для ендергонічної реакції, енергія або робота повинні застосовуватися до системи (реагенти) для отримання продуктів.

Тоді, знаючи значення ΔH (позитивного, для ендотермічної реакції і негативного для екзотермічної реакції), і TΔS, ми можемо знати, чи є реакція ендергонічною. Це означає, що навіть якщо реакція є ендотермічною, ні воно обов'язково є ендергонічним.

Кубик льоду

Наприклад, кубик льоду плавиться в рідкій воді, що поглинає тепло, що допомагає розділити його молекули; проте процес є спонтанним, і тому не є ендергонічною реакцією.

А як щодо ситуації, коли потрібно розтопити лід при температурі нижче -100ºC? У цьому випадку термін TΔS рівняння вільної енергії стає малим у порівнянні з ΔH (оскільки T зменшується), і в результаті ΔG буде мати позитивне значення.

Іншими словами: танення льоду нижче -100ºC є ендергонічним процесом, і воно не є спонтанним. Подібний випадок - заморожування води приблизно на 50ºC, що не відбувається спонтанно.

Зв'язки їхньої продукції слабкіші

Іншою важливою характеристикою, також пов'язаною з ΔG, є енергія нових зв'язків. Ланки продуктів, що утворюються, слабкіше, ніж сполуки реагентів. Однак зменшення міцності ланок компенсується приростом маси, що відображається у фізичних властивостях.

Тут порівняння з цегляною стіною починає втрачати сенс. Згідно з вищесказаним, ланки всередині цегли повинні бути міцнішими, ніж між ними і цементом. Однак стіна в цілому є більш жорсткою і стійкою завдяки більшій масі.

У розділі прикладів пояснюється щось подібне, але з цукром.

Це поєднується з ексергонічними реакціями

Якщо ендергонічні реакції не є спонтанними, як вони відбуваються в природі? Відповідь обумовлена ​​поєднанням з іншими реакціями, які є досить спонтанними (ексергонічними) і які певним чином сприяють їхньому розвитку.

Наприклад, наступне хімічне рівняння представляє цю точку:

A + B => C (ендергонічна реакція)

C + D => E (ексергонічна реакція)

Перша реакція не є спонтанною, тому, природно, це не могло статися. Однак виробництво С дозволяє протікати друга реакція, що походить з Е.

Додавання вільних енергій Гіббса для двох реакцій ΔG1 і ΔG2, з результатом менше нуля (ΔG<0), entonces el sistema presentará un incremento de la entropía y por lo tanto será espontáneo.

Якщо C не реагує з D, A ніколи не зможе його сформувати, тому що не було енергетичної компенсації (як у випадку з грошима з цегляною стіною). Сказано, що С і D "тягнуть" А і В, щоб реагувати, хоча це і є ендергонічна реакція.

Приклади

Фотосинтез

Рослини використовують сонячну енергію для створення вуглеводів і кисню з вуглекислого газу і води. CO2 і O2, малі молекули з сильними зв'язками, утворюють цукру, кільцевих структур, які важчі, більш тверді, і плавляться при температурі близько 186ºC.

Зауважимо, що зв'язки C-C, C-H і C-O слабші, ніж зв'язки O = C = O і O = O. А з одиниці цукру рослина може синтезувати полісахариди, такі як целюлоза.

Синтез біомолекул і макромолекул

Ендергонічні реакції є частиною анаболічних процесів. Подібно до вуглеводів, інші біомолекули, такі як білки і ліпіди, вимагають складних механізмів, які без них і зв'язування з реакцією гідролізу АТФ не могли б існувати..

Крім того, метаболічні процеси, такі як клітинне дихання, дифузія іонів через мембрани клітин і транспортування кисню через кров, є прикладами ендергонічних реакцій..

Утворення алмазів і важких неочищених сполук

Алмази вимагають величезних тисків і температур, так що їх компоненти можуть бути ущільнені в кристалічному твердому тілі.

Однак деякі кристалізації є спонтанними, хоча вони відбуваються при дуже низьких швидкостях (спонтанність не має відношення до кінетики реакції)..

Нарешті, тільки сира нафта являє собою продукт ендергонічних реакцій, особливо важких вуглеводнів або макромолекул, званих асфальтенами..

Їх структури дуже складні, і синтез їх вимагає тривалого часу (мільйони років), теплової та бактеріальної дії.

Список літератури

  1. QuimiTube. (2014). Ендергонічні та ексергонічні реакції. Отримано з: quimitube.com
  2. Ханська академія. (2018). Вільна енергія Отримано з: www.khanacademy.org
  3. Біологічний словник. (2017). Визначення ендергонічної реакції. Отримано з: biologydictionary.net
  4. Луї, Мері. (18 травня 2018). Що таке ендергонічна реакція? Наука. Отримано з: sciencing.com
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 червня 2018). Endergonic vs Exergonic (з прикладами). Отримано з: thoughtco.com
  6. Arrington D. (2018). Ендергонічна реакція: визначення & приклади. Дослідження. Отримано з: study.com
  7. Аудерсірк Байєрс. (2009). Життя на Землі Що таке енергія? [PDF] Отримано з: hhh.gavilan.edu