ENDERGONIC REAKTIO: OMINAISUUDET, ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Endergonic reaktio on sellainen, joka ei voi tapahtua spontaanisti, ja vaatii myös korkean energian. Kemiassa tämä energia on yleensä kalorinen. Kaikista endergonisista reaktioista tunnetuimpia ovat endotermiset reaktiot, ts. Ne, jotka absorboivat tapahtuvaa lämpöä.

Miksi kaikki reaktiot eivät ole spontaaneja? Koska he menevät ylämäkeen termodynamiikan lakien kanssa: ne kuluttavat energiaa ja mukana olevien lajien muodostamat järjestelmät vähentävät niiden entropiaa; ts. kemiallisiin tarkoituksiin ne muuttuvat molekyylisemmin järjestetyiksi.

Lähde: Pxhere

Tiiliseinän rakentaminen on esimerkki endergonisesta reaktiosta. Pelkästään tiilet eivät ole riittävän tiiviitä muodostamaan kiinteän rungon. Tämä johtuu siitä, että ei ole mitään energiansaantia, joka edistäisi niiden liittoja (heijastuu myös niiden mahdollisiin pieniin molekyylien välisiin vuorovaikutuksiin).

Joten seinän rakentamiseksi tarvitset sementtiä ja työvoimaa. Tämä on energiaa, ja ei-spontaani reaktio (seinää ei rakenneta automaattisesti) on mahdollista, jos energian hyöty kootaan (seinän tapauksessa taloudellinen).

Jos siitä ei ole hyötyä, seinä romahtaa minkä tahansa häiriön aikana, ja sen tiilet eivät koskaan pysty pitämään yhdessä. Sama pätee moniin kemiallisiin yhdisteisiin, joiden rakennuspalikat eivät voi muodostua spontaanisti.

Endergonisen reaktion ominaispiirteet

Entä jos seinä voidaan rakentaa spontaanisti? Tätä varten tiilien vuorovaikutuksen on oltava erittäin vahvaa ja vakaata niin paljon, että sementin tai henkilön ei tarvitse tilata niitä; vaikka tiiliseinä, vaikka se on kestävä, on karkaistu sementti, joka pitää niitä yhdessä eikä kunnolla tiilien materiaalia.

Siksi endergonisen reaktion ensimmäiset ominaisuudet ovat:

- Se ei ole spontaania

-Absorboi lämpöä (tai muun tyyppistä energiaa)

Ja miksi se imee energiaa? Koska niiden tuotteilla on enemmän energiaa kuin reaktioon osallistuvilla reagensseilla. Tätä voidaan edustaa seuraavalla yhtälöllä:

ΔG = G _{reaktiiviset-} G- _tuotteet

Missä ΔG on muutos Gibbs-vapaassa energiassa. Koska G- _tuote on suurempi (koska se on energinen) kuin G- _reagenssit, vähennysten on oltava suurempia kuin nolla (ΔG> 0). Seuraava kuva tiivistää edelleen juuri selitetyn:

Lähde: Gabriel Bolívar

Huomaa tuotteiden ja reagenssien energiatilojen välinen ero (violetti viiva). Siksi reagensseista ei tule tuotteita (A + B => C), jos ensin ei ole lämmön imeytymistä.

Lisää järjestelmän vapaata energiaa

Jokaiseen endergoniseen reaktioon liittyy järjestelmän Gibbs-vapaan energian lisääntyminen. Jos tietyssä reaktiossa on totta, että ΔG> 0, niin se ei ole spontaani ja vaatii energiansyötön suorittamisen.

Kuinka tietää matemaattisesti, onko reaktio endergoninen vai ei? Seuraavan yhtälön soveltaminen:

ΔG = ΔH - TΔS

Missä ΔH on reaktion entalpia, toisin sanoen vapautuneen tai absorboituneen energian kokonaismäärä; ΔS on entropian muutos ja T on lämpötila. TΔS-kerroin on energiahäviö, jota ei käytetä molekyylien laajenemisessa tai järjestelyssä vaiheessa (kiinteä, neste tai kaasu).

Siten ΔG on energia, jota järjestelmä voi käyttää työn tekemiseen. Koska ΔG: llä on positiivinen merkki endergonisesta reaktiosta, järjestelmään (reagenssit) on käytettävä energiaa tai työtä tuotteiden saamiseksi.

Sitten, kun tiedät ΔH: n (positiivinen endotermiselle reaktiolle ja negatiivinen, eksotermiselle reaktiolle) ja TΔS: n arvot, on mahdollista tietää, onko reaktio endergoninen. Tämä tarkoittaa, että vaikka reaktio on endoterminen, se ei välttämättä ole endergoninen.

Jääkuutio

Esimerkiksi jääkuutio sulaa nesteveteen absorboimalla lämpöä, mikä auttaa sen molekyylien erottamisessa; prosessi on kuitenkin spontaani, ja siksi se ei ole endergoninen reaktio.

Entä tilanne, jossa haluat sulattaa jään lämpötilassa, joka on selvästi alle -100ºC? Tässä tapauksessa vapaan energiayhtälön TΔS-termi muuttuu pieneksi verrattuna AH: hon (koska T pienenee), ja seurauksena AG: lla on positiivinen arvo.

Toisin sanoen: jään sulaminen alle -100ºC: ssa on endergoninen prosessi, eikä se ole spontaani. Samanlainen tapaus on veden jäätyminen noin 50 ºC: n lämpötilassa, mikä ei tapahdu spontaanisti.

Tuotelinkit ovat heikompia

Toinen tärkeä ominaisuus, joka liittyy myös ΔG: hen, on uusien sidosten energia. Muodostuneiden tuotteiden sidokset ovat heikompia kuin reagenssien sidokset. Sidosten lujuuden heikkeneminen kuitenkin kompensoidaan massan lisäyksellä, joka heijastuu fysikaalisissa ominaisuuksissa.

Tässä vertailu tiiliseinään alkaa menettää merkityksen. Edellä esitetyn mukaan tiilien sisällä olevien sidosten on oltava vahvempia kuin niiden ja sementin väliset sidokset. Seinä kokonaisuutena on kuitenkin jäykempi ja kestävä suuremman massansa vuoksi.

Jotain vastaavaa selitetään esimerkkiosassa, mutta sokerilla.

Siihen liittyy eksergonisia reaktioita

Jos endergoniset reaktiot eivät ole spontaaneja, miten ne tapahtuvat luonnossa? Vastaus johtuu kytkeytymisestä muihin reaktioihin, jotka ovat melko spontaaneja (eksergonisia) ja jotka jotenkin edistävät niiden kehitystä.

Esimerkiksi seuraava kemiallinen yhtälö edustaa tätä pistettä:

A + B => C (endergonic reaktio)

C + D => E (eksergoninen reaktio)

Ensimmäinen reaktio ei ole spontaani, joten sitä ei luonnollisesti voinut tapahtua. C: n tuottaminen sallii kuitenkin toisen reaktion tapahtuvan, aiheuttaen E: n.

Lisäämällä Gibbsin vapaat energiat kahdesta reaktiosta, AG ₁ ja AG ₂, jossa tuloksena pienempi kuin nolla (AG <0), niin järjestelmä esittää kasvua entropia ja siksi on spontaania.

Jos C ei reagoinut D: n kanssa, A ei voinut koskaan muodostaa sitä, koska energiakompensointia ei ollut (kuten tiiliseinän rahan tapauksessa). Sitten sanotaan, että C ja D "vetävät" A ja B reagoimaan, vaikka se on endergoninen reaktio.

esimerkit

Lähde: Max Pixel

Fotosynteesi

Kasvit käyttävät aurinkoenergiaa hiilihydraattien ja hapen luomiseen hiilidioksidista ja vedestä. CO ₂ ja O ₂, pienistä molekyyleistä vahvoja siteitä, muoto sokerit, jossa rengasrakenteet, jotka ovat raskaampia, vakaampi, ja sulaa lämpötilassa noin 186ºC.

Huomaa, että CC-, CH- ja CO-sidokset ovat heikompia kuin O = C = O ja O = O. Ja sokeriyksiköstä kasvi voi syntetisoida polysakkarideja, kuten selluloosaa.

Biomolekyylien ja makromolekyylien synteesi

Endergoniset reaktiot ovat osa anabolisia prosesseja. Kuten hiilihydraatit, myös muut biomolekyylit, kuten proteiinit ja lipidit, vaativat monimutkaisia ​​mekanismeja, joita ilman niitä ja kytkettynä ATP: n hydrolyysireaktioon ei voisi olla.

Samoin metaboliset prosessit, kuten soluhengitys, ionien diffuusio solukalvojen läpi ja hapen kuljettaminen verenkierron läpi, ovat esimerkkejä endergonisista reaktioista.

Timanttien ja raskaiden yhdisteiden muodostuminen raakaöljystä

Timantit vaativat valtavia paineita ja lämpötiloja, jotta niiden komponentit voidaan tiivistää kiteiseksi kiinteäksi aineeksi.

Jotkut kiteytymiset ovat kuitenkin spontaaneja, vaikkakin ne tapahtuvat erittäin hitaalla nopeudella (spontaanisuudella ei ole yhteyttä reaktion kinetiikkaan).

Lopuksi, raakaöljy yksinään edustaa endergonisten reaktioiden tuotetta, erityisesti raskaita hiilivetyjä tai makromolekyylejä, joita kutsutaan asfalteeniksi.

Sen rakenteet ovat erittäin monimutkaisia, ja niiden synteesi vie kauan (miljoonia vuosia), lämmön ja bakteerien vaikutuksen.

Viitteet

1. QuimiTube. (2014). Endergonic ja exergonic reaktiot. Palautettu osoitteesta: quimitube.com
2. Khan-akatemia. (2018). Ilmaista energiaa. Palautettu osoitteesta: es.khanacademy.org
3. Biologian sanakirja. (2017). Määritelmä endergonic reaktio. Palautettu osoitteesta: biologydictionary.net
4. Lougee, Mary. (18. toukokuuta 2018). Mikä on endergoninen reaktio? Sciencing. Palautettu osoitteesta: sciencing.com
5. Helmenstine, tohtori Anne Marie (22. kesäkuuta 2018). Endergonic vs Exergonic (esimerkkeinä). Palautettu osoitteesta: gondo.com
6. Arrington D. (2018). Endergonic reaktio: määritelmä ja esimerkit. Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com
7. Audersirk Byers. (2009). Elämä maan päällä. Mikä on energia?. Palautettu osoitteesta: hhh.gavilan.edu