ENDERGONICKÁ REAKCE: VLASTNOSTI, PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Endergonické reakce je taková, která nemůže nastat spontánně, a také vyžaduje vysoký přívod energie. V chemii je tato energie obvykle kalorická. Nejznámější ze všech endergonických reakcí jsou endotermické reakce, to znamená ty, které pohlcují teplo.

Proč nejsou všechny reakce spontánní? Protože jdou do kopce k zákonům termodynamiky: spotřebovávají energii a systémy tvořené daným druhem snižují jejich entropii; to znamená, že pro chemické účely se stanou více molekulárně uspořádanými.

Zdroj: Pxhere

Stavba cihlové zdi je příkladem endergonické reakce. Samotné cihly nejsou dostatečně kompaktní, aby vytvořily pevné tělo. Je to proto, že neexistuje žádný energetický zisk, který podporuje jejich odbory (také se odráží v jejich možných nízkých mezimolekulárních interakcích).

K vybudování zdi potřebujete cement a pracovní sílu. Jedná se o energii a je-li vnímána energetická výhoda (ekonomická, v případě stěny), je možná ne spontánní reakce (zeď nebude postavena automaticky).

Pokud to nebude mít žádný prospěch, zeď se při jakémkoli narušení zhroutí a její cihly se nikdy nebudou moci držet pohromadě. Totéž platí o mnoha chemických sloučeninách, jejichž stavební bloky se nemohou spontánně spojit.

Charakteristika endergonické reakce

Co když může být zeď postavena spontánně? Aby to bylo možné, musí být interakce mezi cihlami velmi silné a stabilní, natolik, aby je žádný cement ani člověk nemusel objednávat; zatímco cihlová zeď, i když je odolná, je tvrzený cement, který je drží pohromadě a není správně materiál cihel.

Proto první charakteristiky endergonické reakce jsou:

- Není to spontánní

-Absorbové teplo (nebo jiný typ energie)

A proč absorbuje energii? Protože jejich produkty mají více energie než reakční složky zapojené do reakce. Toto může být reprezentováno následující rovnicí:

ΔG = G _{reaktivní produkty} -G

Kde ΔG je změna Gibbsovy volné energie. Protože _produkt G je větší (protože je energetičtější) než _činidla G, musí být odečet větší než nula (ΔG> 0). Následující obrázek dále shrnuje to, co bylo právě vysvětleno:

Zdroj: Gabriel Bolívar

Všimněte si rozdílu mezi energetickými stavy mezi produkty a reaktanty (fialová čára). Proto reaktanty se nestávají produkty (A + B => C), pokud nejprve nedochází k absorpci tepla.

Zvyšuje volnou energii systému

Každá endergonická reakce je spojena se zvýšením Gibbsovy volné energie systému. Pokud je pro určitou reakci pravda, že ΔG> 0, nebude to spontánní a bude nutné provést dodávku energie.

Jak matematicky vědět, zda je reakce endergonická nebo ne? Použití následující rovnice:

ΔG = ΔH - TΔS

Kde ΔH je entalpie reakce, tj. Celková uvolněná nebo absorbovaná energie; ΔS je změna entropie a T je teplota. Faktor TΔS je ztráta energie, která se nepoužívá při expanzi nebo uspořádání molekul ve fázi (pevná látka, kapalina nebo plyn).

Takže ΔG je energie, kterou systém může použít k práci. Protože ΔG má pozitivní znamení pro endergonickou reakci, musí být do systému (reaktantů) aplikována energie nebo práce, aby se získaly produkty.

Poté, znát hodnoty AH (pozitivní, pro endotermní reakci a negativní, pro exotermní reakci) a TΔS, je možné vědět, zda je reakce endergonická. To znamená, že ačkoli je reakce endotermická, není nutně endergonická.

Kostka ledu

Například kostka ledu se rozpustí v kapalnou vodu, absorbuje teplo, což pomáhá oddělit její molekuly; proces je však spontánní, a proto se nejedná o endergonickou reakci.

A co situace, kdy chcete roztavit led při teplotě výrazně pod -100 ° C? V tomto případě je termín TΔS ve rovnici volné energie malý ve srovnání s ΔH (protože T klesá), a v důsledku toho bude mít AG kladnou hodnotu.

Jinými slovy: tání ledu pod -100 ° C je endergonický proces a není spontánní. Podobným případem je mrznutí vody při 50 ° C, k čemuž nedochází spontánně.

Odkazy na váš produkt jsou slabší

Další důležitou charakteristikou, rovněž spojenou s AG, je energie nových vazeb. Vazby vytvořených produktů jsou slabší než vazby reakčních složek. Pokles pevnosti vazeb je však kompenzován nárůstem hmotnosti, což se odráží ve fyzikálních vlastnostech.

Zde začíná ztrácet smysl srovnání s cihlovou zdí. Podle výše uvedeného musí být vazby uvnitř cihel silnější než vazby mezi nimi a cementem. Stěna jako celek je však díky své větší hmotnosti pevnější a odolnější.

Něco podobného bude vysvětleno v příkladové části, ale s cukrem.

Je spojena s exergonickými reakcemi

Pokud endergonické reakce nejsou spontánní, jak se odehrávají v přírodě? Odpověď je způsobena spojením s jinými reakcemi, které jsou zcela spontánní (exergonické) a které nějak podporují jejich vývoj.

Tento bod představuje například následující chemická rovnice:

A + B => C (endergonická reakce)

C + D => E (exergonická reakce)

První reakce není spontánní, takže se přirozeně nemůže vyskytnout. Produkce C však umožňuje druhou reakci, která způsobí E.

Přidáním Gibbsových volných energií pro dvě reakce, ΔG ₁ a ΔG ₂, s výsledkem menším než nula (ΔG <0), bude systém vykazovat zvýšení entropie, a proto bude spontánní.

Pokud C nereaguje s D, A to nikdy nemůže vytvořit, protože neexistuje žádná energetická kompenzace (jako v případě peněz s cihlovou zdí). Poté se říká, že C a D „táhnou“ A a B, aby reagovaly, i když je to endergonická reakce.

Příklady

Zdroj: Max Pixel

Fotosyntéza

Rostliny využívají sluneční energii k tvorbě uhlohydrátů a kyslíku z oxidu uhličitého a vody. CO ₂ a O ₂, malé molekuly se silnými vazbami, tvoří cukry, s kruhovými strukturami, které jsou těžší, pevnější a tají se při teplotě kolem 186 ° C.

Povšimněte si, že vazby CC, CH a CO jsou slabší než vazby O = C = O a O = O. A z cukrové jednotky může rostlina syntetizovat polysacharidy, jako je celulóza.

Syntéza biomolekul a makromolekul

Endergonické reakce jsou součástí anabolických procesů. Stejně jako uhlohydráty, i jiné biomolekuly, jako jsou proteiny a lipidy, vyžadují složité mechanismy, které by bez nich nemohly existovat, a spojení s hydrolytickou reakcí ATP.

Podobně metabolické procesy, jako je buněčné dýchání, difúze iontů buněčnými membránami a transport kyslíku do krevního řečiště, jsou příklady endergonických reakcí.

Tvorba diamantů a těžkých sloučenin z ropy

Diamanty vyžadují enormní tlaky a teploty, aby mohly být jejich složky zkomprimovány do krystalické pevné látky.

Některé krystalizace jsou však spontánní, i když se vyskytují velmi pomalu (spontánnost nemá žádný vztah k kinetice reakce).

Konečně samotná ropa představuje produkt endergonických reakcí, zejména těžkých uhlovodíků nebo makromolekul zvaných asfalteny.

Její struktury jsou velmi složité a jejich syntéza trvá dlouhou dobu (miliony let), působení tepla a bakterií.

Reference

1. QuimiTube. (2014). Endergonické a exergonické reakce. Obnoveno z: quimitube.com
2. Khan Academy. (2018). Energie zdarma. Obnoveno z: es.khanacademy.org
3. Biologický slovník. (2017). Definice endergonické reakce. Obnoveno z: biologydictionary.net
4. Lougee, Mary. (18. května 2018). Co je endergonická reakce? Sciencing. Obnoveno z: sciencing.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. června 2018). Endergonic vs Exergonic (s příklady). Obnoveno z: thinkco.com
6. Arrington D. (2018). Endergonická reakce: definice a příklady. Studie. Obnoveno z: study.com
7. Audersirk Byers. (2009). Život na Zemi. Co je energie?. Obnoveno z: hhh.gavilan.edu