Charakterystyka reakcji endergonicznych, przykłady



Jeden reakcja endergiczna to ten, który nie może przejść spontanicznie, a także wymaga dużej ilości energii. W chemii energia ta jest zwykle kaloryczna. Najbardziej znanymi spośród wszystkich reakcji endergicznych są reakcje endotermiczne, to znaczy te, które pochłaniają ciepło do wytworzenia.

Dlaczego nie wszystkie reakcje są spontaniczne? Ponieważ podchodzą do praw termodynamiki: zużywają energię, a układy utworzone przez zaangażowane gatunki zmniejszają ich entropię; to znaczy do celów chemicznych stają się molekularnie bardziej uporządkowane.

Budowa muru jest przykładem reakcji endergonicznej. Same cegły nie są wystarczająco kompaktowe, aby utworzyć ciało stałe. Dzieje się tak, ponieważ nie ma zysku energii, który promuje ich związki (odzwierciedlone również w ich możliwych niskich oddziaływaniach międzycząsteczkowych).

Aby zbudować mur, potrzebujesz cementu i siły roboczej. To jest energia, a nie spontaniczna reakcja (ściana nie zostanie zbudowana automatycznie) staje się możliwa, jeśli dostrzeżona zostanie korzyść energetyczna (ekonomiczna, w przypadku ściany).

Jeśli nie ma żadnej korzyści, ściana zapadnie się przed jakimkolwiek zakłóceniem, a jej cegły nigdy nie będą się trzymać razem. To samo dotyczy wielu związków chemicznych, których bloki nie mogą się spontanicznie połączyć.

Indeks

  • 1 Charakterystyka reakcji endergonicznej
    • 1.1 Zwiększenie darmowej energii systemu
    • 1.2 Powiązania ich produktów są słabsze
    • 1.3 Jest sprzężony z reakcjami egzergonicznymi
  • 2 Przykłady
    • 2.1 Fotosynteza
    • 2.2 Synteza biomolekuł i makrocząsteczek
    • 2.3 Tworzenie diamentów i ciężkich związków surowych
  • 3 referencje

Charakterystyka reakcji endergonicznej

Co jeśli ściana może zostać zbudowana spontanicznie? W tym celu interakcje między cegłami muszą być bardzo silne i stabilne, tak że cement lub osoba, która je zamawia, nie będą potrzebne; podczas gdy ceglany mur jest odporny, to utwardzony cement utrzymuje je razem i nie jest odpowiednim materiałem cegieł.

Dlatego pierwszymi cechami reakcji endergonicznej są:

-To nie jest spontaniczne

-Pochłania ciepło (lub inny rodzaj energii)

A dlaczego absorbuje energię? Ponieważ ich produkty mają więcej energii niż reagenty biorące udział w reakcji. Powyższe można przedstawić za pomocą następującego równania:

ΔG = GProdukty-GOdczynniki

Gdzie ΔG to zmiana darmowej energii Gibbsa. Jak GProdukt jest większa (ponieważ jest bardziej energetyczna) niż GOdczynniki, odejmowanie musi być większe niż zero (ΔG> 0). Poniższy obraz podsumowuje to, co właśnie wyjaśniono:

Zwróć uwagę na różnicę między stanami energii między produktami i odczynnikami (fioletowa linia). Dlatego reagenty nie są przekształcane w produkty (A + B => C), jeśli początkowo nie ma absorpcji ciepła.

Zwiększ darmową energię systemu

Każda reakcja endergiczna wiąże się ze wzrostem wolnej energii Gibbsa w systemie. Jeśli, dla pewnej reakcji, ΔG> 0 jest spełnione, to nie będzie spontaniczne i będzie wymagało zasilania.

Jak poznać matematykę, jeśli reakcja jest lub nie jest endergónica? Zastosowanie następującego równania:

ΔG = ΔH-TΔS

Gdzie ΔH to entalpia reakcji, czyli całkowita energia uwolniona lub zaabsorbowana; ΔS oznacza zmianę entropii i T temperaturę. Współczynnik TΔS jest stratą energii nieużywanej w ekspansji lub uporządkowaniu cząsteczek w fazie (ciało stałe, ciecz lub gaz).

Zatem ΔG jest energią, którą system może wykorzystać do wykonania zadania. Ponieważ ΔG ma pozytywny znak dla reakcji endergicznej, do systemu należy zastosować energię lub pracę (odczynniki), aby uzyskać produkty.

Następnie, znając wartości ΔH (dodatnie, dla reakcji endotermicznej i ujemne, dla reakcji egzotermicznej) i TΔS, możemy wiedzieć, czy reakcja jest endergiczna. Oznacza to, że nawet jeśli reakcja jest endotermiczna, nie to koniecznie endergiczne.

Kostka lodu

Na przykład kostka lodu topi się w ciekłej wodzie absorbującej ciepło, co pomaga oddzielić jej cząsteczki; jednak proces jest spontaniczny i dlatego nie jest reakcją endergoniczną.

A co z sytuacją, w której chcesz stopić lód w temperaturze poniżej -100 ° C? W tym przypadku termin TS równania swobodnej energii staje się mały w porównaniu z ΔH (ponieważ T maleje), w wyniku czego ΔG będzie miało wartość dodatnią.

Innymi słowy: topnienie lodu poniżej -100ºC jest procesem endergonicznym i nie jest spontaniczne. Podobny przypadek polega na zamrożeniu wody około 50 ° C, co nie następuje samoistnie.

Linki ich produktów są słabsze

Inną ważną cechą, także związaną z ΔG, jest energia nowych wiązań. Powiązania powstających produktów są słabsze niż w przypadku odczynników. Zmniejszenie wytrzymałości ogniw jest jednak kompensowane przez przyrost masy, który znajduje odzwierciedlenie we właściwościach fizycznych.

Tutaj porównanie z murem zaczyna tracić na znaczeniu. Zgodnie z powyższym, ogniwa wewnątrz cegieł muszą być mocniejsze niż ogniwa między nimi a cementem. Jednak ściana jako całość jest bardziej sztywna i odporna ze względu na większą masę.

W sekcji przykładów wyjaśniono coś podobnego, ale z cukrem.

Wiąże się to z reakcjami egzergonicznymi

Jeśli reakcje endergiczne nie są spontaniczne, jak mają miejsce w naturze? Odpowiedź wynika z połączenia z innymi reakcjami, które są dość spontaniczne (egzergoniczne) i które w jakiś sposób promują ich rozwój.

Na przykład następujące równanie chemiczne reprezentuje ten punkt:

A + B => C (reakcja endergoniczna)

C + D => E (reakcja egzergoniczna)

Pierwsza reakcja nie jest spontaniczna, więc naturalnie tak się nie stało. Jednak produkcja C pozwala na zajście drugiej reakcji, pochodzącej z E.

Dodanie swobodnych energii Gibbsa dla dwóch reakcji, ΔG1 i ΔG2, z wynikiem mniejszym niż zero (ΔG<0), entonces el sistema presentará un incremento de la entropía y por lo tanto será espontáneo.

Jeśli C nie zareagowałby na D, A nigdy nie mógłby go utworzyć, ponieważ nie było kompensacji energii (jak w przypadku pieniędzy z ceglaną ścianą). Mówi się wtedy, że C i D „pociągają” A i B, aby zareagować, nawet jeśli jest to reakcja endergoniczna.

Przykłady

Fotosynteza

Rośliny wykorzystują energię słoneczną do tworzenia węglowodanów i tlenu z dwutlenku węgla i wody. CO2 i O2, małe cząsteczki z silnymi wiązaniami, tworzą cukry, struktury pierścieniowe, które są cięższe, bardziej stałe i topią się w temperaturze około 186 ° C.

Należy zauważyć, że wiązania C-C, C-H i C-O są słabsze niż wiązania O = C = O i O = O. Z jednostki cukru roślina może syntetyzować polisacharydy, takie jak celuloza.

Synteza biomolekuł i makrocząsteczek

Reakcje endergoniczne są częścią procesów anabolicznych. Podobnie jak węglowodany, inne biomolekuły, takie jak białka i lipidy, wymagają skomplikowanych mechanizmów, które bez nich i sprzężenia z reakcją hydrolizy ATP nie mogłyby istnieć.

Również procesy metaboliczne, takie jak oddychanie komórkowe, dyfuzja jonów przez błony komórkowe i transport tlenu przez krwioobieg są przykładami reakcji endergonicznych.

Tworzenie się diamentów i ciężkich związków surowych

Diamenty wymagają ogromnych ciśnień i temperatur, aby ich składniki mogły zostać zagęszczone w krystalicznej substancji stałej.

Jednak niektóre krystalizacje są spontaniczne, chociaż występują przy bardzo niskich prędkościach (spontaniczność nie ma związku z kinetyką reakcji).

Wreszcie, sama ropa naftowa jest produktem reakcji endergicznych, zwłaszcza ciężkich węglowodorów lub makrocząsteczek zwanych asfaltenami..

Ich struktury są bardzo złożone, a ich synteza wymaga długiego czasu (miliony lat), działania ciepła i bakterii.

Referencje

  1. QuimiTube. (2014). Reakcje endergoniczne i egzergoniczne. Źródło: quimitube.com
  2. Khan Academy. (2018). Wolna energia Źródło: www.khanacademy.org
  3. Słownik biologii. (2017). Definicja reakcji endergonicznej. Źródło: biologydictionary.net
  4. Lougee, Mary. (18 maja 2018 r.). Co to jest reakcja endergoniczna? Nauka. Źródło: sciencing.com
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 czerwca 2018 r.). Endergonic vs Exergonic (z przykładami). Źródło: thinkco.com
  6. Arrington D. (2018). Reakcja endergoniczna: definicja i przykłady. Studiować Źródło: study.com
  7. Audersirk Byers. (2009). Życie na Ziemi Czym jest energia? [PDF] Źródło: hhh.gavilan.edu