ЕНДЕРГОНІЧНА РЕАКЦІЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Ендергонічеськие реакція є той , який не може відбуватися спонтанно, а також вимагає високого запасу енергії. У хімії ця енергія, як правило, калорійна. Найвідомішими з усіх ендергонічних реакцій є ендотермічні реакції, тобто ті, які поглинають тепло, що виникає.

Чому не всі реакції спонтанні? Оскільки вони йдуть в гору до законів термодинаміки: вони споживають енергію, а системи, утворені видовими видами, зменшують свою ентропію; тобто для хімічних цілей вони стають більш молекулярно впорядкованими.

Джерело: Pxhere

Побудова цегляної стіни - приклад ендергонічної реакції. Цеглини самі по собі не досить компактні, щоб утворити міцне тіло. Це відбувається тому, що немає енергетичного приросту, який сприятиме їх об'єднанням (що також відображається на їх можливих низьких міжмолекулярних взаємодіях).

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

Якщо користі немає, стіна зруйнується під будь-якими порушеннями, і цеглини її ніколи не зможуть утримувати разом. Те саме стосується багатьох хімічних сполук, будівельні блоки яких не можуть спонтанно зібратися.

Характеристика ендергонічної реакції

Що робити, якщо стіну можна побудувати спонтанно? Для цього взаємодія між цеглою повинна бути дуже міцною і стійкою, настільки, що ні цементу, ні людині не потрібно буде їх замовляти; в той час як цегляна стіна, хоч і є стійкою, є загартованим цементом, який утримує їх разом, а не належним чином матеріал цегли.

Тому першими характеристиками ендергонічної реакції є:

-Це не спонтанно

-Абсорбує тепло (або інший тип енергії)

І чому він поглинає енергію? Тому що їхні продукти мають більше енергії, ніж реагенти, що беруть участь у реакції. Це можна представити наступним рівнянням:

ΔG = G _{Реакційно} -G _{продукти}

Де ΔG - зміна вільної енергії Гіббса. Оскільки G _{Продукт} більший (тому що він більш енергійний), ніж G _{Реагенти} , віднімання повинно бути більше нуля (ΔG> 0). Наступне зображення далі узагальнює те, що було щойно пояснено:

Джерело: Габріель Болівар

Зверніть увагу на різницю між енергетичними станами між продуктами та реагентами (фіолетова лінія). Тому реагенти не стають продуктами (A + B => C), якщо спочатку немає теплопоглинання.

Збільшує вільну енергію системи

Кожна ендергонічна реакція пов'язана зі збільшенням вільної енергії Гіббса в системі. Якщо для певної реакції вірно, що ΔG> 0, то вона не буде спонтанною і потребуватиме енергозабезпечення.

Як математично дізнатися, чи є реакція ендергонічною чи ні? Застосування наступного рівняння:

ΔG = ΔH - TΔS

Де ΔH - ентальпія реакції, тобто загальна енергія, що виділяється або поглинається; ΔS - зміна ентропії, а T - температура. Коефіцієнт TΔS - це втрати енергії, які не використовуються при розширенні або розташуванні молекул у фазі (тверда, рідка або газова).

Таким чином, ΔG - це енергія, яку система може використовувати для виконання роботи. Оскільки ΔG має позитивний знак для ендергонічної реакції, для отримання продуктів необхідно застосувати енергію або роботу до системи (реагентів).

Тоді, знаючи значення ΔH (позитивні, для ендотермічної реакції та негативні, для екзотермічної реакції), і TΔS, можна дізнатися, чи є реакція ендергонічною. Це означає, що хоча реакція є ендотермічною, вона не обов'язково є ендергонічною .

Кубик льоду

Наприклад, кубик льоду тане в рідкій воді, поглинаючи тепло, що допомагає відокремити його молекули; однак процес є спонтанним, і тому це не ендергонічна реакція.

А як щодо ситуації, коли ви хочете розтопити лід при температурі значно нижче -100ºC? У цьому випадку термін TΔS у рівнянні вільної енергії стає малим порівняно з ΔH (оскільки T зменшується), і як результат, ΔG матиме позитивне значення.

Іншими словами: танення льоду нижче температури -100ºC є ендергонічним процесом, і це не є спонтанним. Аналогічний випадок - замерзання води близько 50ºC, що не відбувається спонтанно.

Ваші посилання на продукцію слабкіші

Ще одна важлива характеристика, також пов'язана з ΔG, - енергія нових зв’язків. Зв’язки утворюються продуктів слабкіші, ніж у реагентів. Однак зниження міцності зв’язків компенсується збільшенням маси, що відбивається на фізичних властивостях.

Тут порівняння з цегляною стіною починає втрачати сенс. Відповідно до сказаного, зв’язки всередині цегли повинні бути міцнішими, ніж ті, що знаходяться між ними та цементом. Однак стіна в цілому є більш жорсткою і стійкою завдяки більшій масі.

Щось подібне буде пояснено в розділі прикладів, але з цукром.

Поєднується з ексергонічними реакціями

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

Наприклад, наступне хімічне рівняння являє собою цей момент:

A + B => C (ендергонічна реакція)

C + D => E (ексергонічна реакція)

Перша реакція не є спонтанною, тому вона, природно, не могла відбутися. Однак виробництво С дозволяє провести другу реакцію, викликаючи Е.

Якщо додати Гіббсу вільні енергії для двох реакцій, ΔG ₁ і ΔG ₂ , з результатом менше нуля (ΔG <0), то система призведе до збільшення ентропії і, отже, буде спонтанною.

Якби C не реагував на D, A ніколи не міг би його сформувати, оскільки немає компенсації енергії (як у випадку з грошима з цегляної стіни). Потім сказано, що C і D "тягнуть" A і B до реакції, навіть якщо це ендергонічна реакція.

Приклади

Джерело: Max Pixel

Фотосинтез

Рослини використовують сонячну енергію для створення вуглеводів та кисню з вуглекислого газу та води. CO ₂ і O ₂ , невеликі молекули з міцними зв’язками, утворюють цукри, з кільцевими структурами, які важчіші, твердіші і плавляться при температурі близько 186 ° C.

Зауважимо, що зв'язки CC, CH і CO слабкіші, ніж зв'язки O = C = O і O = O. А із цукрової одиниці рослина може синтезувати полісахариди, наприклад целюлозу.

Синтез біомолекул та макромолекул

Ендергонічні реакції є частиною анаболічних процесів. Як і вуглеводи, інші біомолекули, такі як білки та ліпіди, потребують складних механізмів, які без них та з'єднання з реакцією гідролізу АТФ не могли існувати.

Так само такі метаболічні процеси, як клітинне дихання, дифузія іонів через клітинні мембрани та транспорт кисню через кров, є прикладами ендергонічних реакцій.

Утворення алмазів і важких сполук із сирої нафти

Алмази потребують величезного тиску та температури, щоб їх компоненти могли ущільнитись у кристалічну тверду речовину.

Однак деякі кристалізації є спонтанними, хоча вони відбуваються з дуже повільною швидкістю (спонтанність не має відношення до кінетики реакції).

Нарешті, сама сира нафта є продуктом ендергонічних реакцій, особливо важких вуглеводнів або макромолекул, званих асфальтенами.

Його структури дуже складні, і їх синтез займає тривалий час (мільйони років), теплову і бактеріальну дію.

Список літератури

1. QuimiTube. (2014). Ендергонічні та ексергонічні реакції. Відновлено з: quimitube.com
2. Академія хана. (2018). Вільна енергія. Відновлено: es.khanacademy.org
3. Біологічний словник. (2017). Визначення ендергонічної реакції. Відновлено з: biologydictionary.net
4. Лудж, Мері. (18 травня 2018 р.). Що таке ендергонічна реакція? Наукові роботи. Відновлено: sciaching.com
5. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (22 червня 2018 р.). Ендергонічний - Екстергонічний (із прикладами). Відновлено з: thinkco.com
6. Аррінгтон Д. (2018). Ендергонічна реакція: визначення та приклади. Вивчення. Відновлено з: study.com
7. Audersirk Byers. (2009). Життя на Землі. Що таке енергія? . Відновлено з: hhh.gavilan.edu