REACȚIE ENDERGONICĂ: CARACTERISTICI, EXEMPLE - CHIMIE - 2025

O reacție endergonică este una care nu se poate produce spontan și necesită, de asemenea, un aport mare de energie. În chimie, această energie este, în general, calorică. Cele mai cunoscute dintre toate reacțiile endergonice sunt reacțiile endotermice, adică cele care absorb căldura să apară.

De ce nu toate reacțiile sunt spontane? Deoarece se urcă în sus la legile termodinamicii: consumă energie și sistemele formate de speciile implicate își reduc entropia; adică, în scopuri chimice, ele devin mai ordonate molecular.

Sursa: Pxhere

Construirea unui zid de cărămidă este un exemplu de reacție endergonică. Cărămizile singure nu se compactează suficient pentru a forma un corp solid. Acest lucru se datorează faptului că nu există un câștig de energie care să promoveze uniunile lor (reflectate și în posibilele interacțiuni intermoleculare mici).

Deci, pentru a construi zidul aveți nevoie de ciment și de o forță de muncă. Aceasta este energie, iar reacția non-spontană (peretele nu va fi construit automat) devine posibilă dacă se percepe un beneficiu energetic (economic, în cazul peretelui).

Dacă nu există niciun beneficiu, zidul se va prăbuși sub orice perturbare, iar cărămizile sale nu vor putea niciodată să se țină împreună. Același lucru este valabil în cazul multor compuși chimici, ale căror blocuri de construcție nu se pot îmbina spontan.

Caracteristicile unei reacții endergonice

Ce se întâmplă dacă zidul poate fi construit spontan? Pentru a face acest lucru, interacțiunile dintre cărămizi trebuie să fie foarte puternice și stabile, atât de mult încât niciun ciment sau o persoană nu va trebui să le comande; în timp ce zidul de cărămidă, deși este rezistent, este cimentul întărit care le ține împreună și nu materialul cărămizilor în mod corespunzător.

Prin urmare, primele caracteristici ale unei reacții endergonice sunt:

-Nu este spontan

-Absorbs căldură (sau un alt tip de energie)

Și de ce absorb energia? Deoarece produsele lor au mai multă energie decât reactanții implicați în reacție. Aceasta poate fi reprezentată de următoarea ecuație:

ΔG = G _{Produse Reactive} G

Unde ΔG este schimbarea energiei libere Gibbs. Deoarece _produsul G este mai mare (deoarece este mai energic) decât _reactivii G , scăderea trebuie să fie mai mare decât zero (ΔG> 0). Următoarea imagine rezumă în continuare ceea ce tocmai a fost explicat:

Sursa: Gabriel Bolívar

Rețineți diferența dintre stările energetice dintre produse și reactanți (linie violet). Prin urmare, reactanții nu devin produse (A + B => C) dacă nu există prima absorbție de căldură.

Crește energia liberă a sistemului

Fiecare reacție endergonică este asociată cu o creștere a energiei libere Gibbs a sistemului. Dacă pentru o anumită reacție este adevărat că ΔG> 0, atunci aceasta nu va fi spontană și va necesita o alimentare cu energie.

Cum să știi matematic dacă o reacție este endergonică sau nu? Aplicând următoarea ecuație:

ΔG = ΔH - TΔS

Unde ΔH este entalpia reacției, adică energia totală eliberată sau absorbită; ΔS este schimbarea de entropie, iar T este temperatura. Factorul TΔS este pierderea de energie care nu este utilizată în expansiunea sau aranjarea moleculelor într-o fază (solid, lichid sau gaz).

Astfel, ΔG este energia pe care sistemul o poate folosi pentru a lucra. Deoarece ΔG are un semn pozitiv pentru o reacție endergonică, energia sau munca trebuie să fie aplicate sistemului (reactanților) pentru a obține produsele.

Apoi, cunoscând valorile ΔH (pozitiv, pentru o reacție endotermică și negativ, pentru o reacție exotermă) și TΔS, este posibil să știm dacă reacția este endergonică. Aceasta înseamnă că, deși o reacție este endotermică, nu este neapărat endergonică .

Cubul de gheață

De exemplu, un cub de gheață se topește în apă lichidă, absorbind căldura, care ajută la separarea moleculelor sale; totuși, procesul este spontan și, prin urmare, nu este o reacție endergonică.

Și cum rămâne cu situația în care vrei să topești gheața la o temperatură mult sub -100ºC? În acest caz, termenul TΔS din ecuația de energie liberă devine mic în comparație cu ΔH (deoarece T scade) și, ca urmare, ΔG va avea o valoare pozitivă.

Cu alte cuvinte: topirea gheții sub -100ºC este un proces endergonic și nu este spontană. Un caz similar este cel al înghețării apei în jurul a 50ºC, ceea ce nu se întâmplă spontan.

Linkurile dvs. de produse sunt mai slabe

O altă caracteristică importantă, legată și de ΔG, este energia noilor legături. Legăturile produselor formate sunt mai slabe decât cele ale reactanților. Cu toate acestea, scăderea forței legăturilor este compensată de un câștig în masă, care se reflectă în proprietățile fizice.

Aici, comparația cu zidul de cărămidă începe să-și piardă sensul. Conform celor de mai sus, legăturile din cărămizi trebuie să fie mai puternice decât cele dintre ele și ciment. Cu toate acestea, peretele în ansamblu este mai rigid și mai rezistent datorită masei sale mai mari.

Ceva similar va fi explicat în secțiunea de exemple, dar cu zahăr.

Este cuplat cu reacții exergonice

Dacă reacțiile endergonice nu sunt spontane, cum au loc în natură? Răspunsul se datorează cuplării cu alte reacții care sunt destul de spontane (exergonice) și care promovează oarecum dezvoltarea lor.

De exemplu, următoarea ecuație chimică reprezintă acest punct:

A + B => C (reacție endergonică)

C + D => E (reacție exergonică)

Prima reacție nu este spontană, așa că în mod natural nu s-a putut produce. Totuși, producția de C permite să apară a doua reacție, determinând E.

Adăugând energiile libere Gibbs pentru cele două reacții, ΔG ₁ și ΔG ₂ , cu un rezultat mai mic de zero (<G <0), atunci sistemul va prezenta o creștere a entropiei și, prin urmare, va fi spontan.

Dacă C nu ar reacționa cu D, A nu ar putea-o forma niciodată, deoarece nu există compensații energetice (ca în cazul banilor cu peretele de cărămidă). Se spune atunci că C și D „trag” A și B pentru a reacționa, chiar dacă este o reacție endergonică.

Exemple

Sursa: Max Pixel

Fotosinteză

Plantele folosesc energia solară pentru a crea carbohidrați și oxigen din dioxidul de carbon și apă. CO ₂ și O ₂ , molecule mici cu legături puternice, formează zaharuri, cu structuri inelare, care sunt mai grele, mai solide și se topesc la o temperatură de aproximativ 186ºC.

Rețineți că legăturile CC, CH și CO sunt mai slabe decât cele ale O = C = O și O = O. Și dintr-o unitate de zahăr, planta poate sintetiza polizaharide, cum ar fi celuloza.

Sinteza biomoleculelor și a macromoleculelor

Reacțiile endergonice fac parte din procesele anabolice. La fel ca carbohidrații, alte biomolecule, cum ar fi proteinele și lipidele, necesită mecanisme complexe care, fără ele, și cuplarea cu reacția de hidroliză a ATP, nu ar putea exista.

De asemenea, procesele metabolice precum respirația celulară, difuzarea ionilor pe membranele celulare și transportul oxigenului prin fluxul sanguin sunt exemple de reacții endergonice.

Formarea de diamante și compuși grei din ulei brut

Diamantele necesită presiuni și temperaturi enorme, astfel încât componentele lor să poată fi compactate într-un solid cristalin.

Totuși, unele cristalizări sunt spontane, deși apar la viteze foarte lente (spontaneitatea nu are nicio legătură cu cinetica reacției).

În cele din urmă, țițeiul reprezintă doar un produs al reacțiilor endergonice, în special hidrocarburi grele sau macromoleculele numite asphalteni.

Structurile sale sunt foarte complexe, iar sinteza lor durează mult timp (milioane de ani), căldură și acțiune bacteriană.

Referințe

1. QuimiTube. (2014). Reacții endergonice și exergonice. Recuperat de la: quimitube.com
2. Academia Khan. (2018). Energie gratis. Recuperat de la: es.khanacademy.org
3. Dicționar de biologie. (2017). Definiția reacției endergonice. Recuperat din: biologydictionary.net
4. Lougee, Mary. (18 mai 2018). Ce este o reacție endergonică? Sciencing. Recuperat de la: știința.com
5. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (22 iunie 2018). Endergonic vs Exergonic (cu exemple). Recuperat de la: thinkco.com
6. Arrington D. (2018). Reacție endergonică: definiție și exemple. Studiu. Recuperat din: studiu.com
7. Audersirk Byers. (2009). Viața pe Pământ. Ce este energia? . Recuperat din: hhh.gavilan.edu