ЕНДЕРГОНИЧНА РЕАКЦИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2026

Един endergonic реакция е тази, която не може да се случи спонтанно, а също така изисква високо доставка на енергия. В химията тази енергия като цяло е калорична. Най-известните от всички ендергонични реакции са ендотермичните реакции, тоест онези, които абсорбират топлината, която трябва да възникне.

Защо не всички реакции са спонтанни? Тъй като вървят нагоре към законите на термодинамиката: консумират енергия и системите, образувани от участващите видове, намаляват своята ентропия; тоест за химически цели те стават по-молекулярно подредени.

Източник: Pxhere

Изграждането на тухлена стена е пример за ендергонична реакция. Само тухлите не са достатъчно компактни, за да образуват солидно тяло. Това е така, защото няма енергийна печалба, която да насърчава техните съюзи (което се отразява и в възможното им ниско междумолекулно взаимодействие).

Така че, за да изградите стената, имате нужда от цимент и работна сила. Това е енергия и неспонтанната реакция (стената няма да бъде изградена автоматично) става възможна, ако се възприеме енергийна полза (икономическа, в случая на стената).

Ако няма полза, стената ще се срути при всякакви смущения и тухлите й никога няма да могат да се държат заедно. Същото важи и за много химични съединения, чиито градивни елементи не могат да се съберат спонтанно.

Характеристики на ендергонична реакция

Ами ако стената може да бъде изградена спонтанно? За да направите това, взаимодействията между тухлите трябва да бъдат много силни и стабилни, дотолкова, че да не се налага цимент или човек да ги поръчва; докато тухлената стена, въпреки че е устойчива, е закаленият цимент, който ги държи заедно, а не правилно материала на тухлите.

Следователно, първите характеристики на ендергоничната реакция са:

-Не е спонтанно

-Абсорбира топлина (или друг вид енергия)

И защо поглъща енергия? Тъй като техните продукти имат повече енергия от реагентите, участващи в реакцията. Това може да бъде представено със следното уравнение:

ΔG = G _{Реактивни} -G _{продукти}

Къде ΔG е промяната в свободната енергия на Gibbs. Тъй като G _{продуктът} е по-голям (тъй като е по-енергичен) от G _{реагентите}, изваждането трябва да е по-голямо от нула (ΔG> 0). Следващото изображение допълнително обобщава обясненото току-що:

Източник: Габриел Боливар

Обърнете внимание на разликата между енергийните състояния между продуктите и реагентите (лилава линия). Следователно, реагентите не стават продукти (A + B => C), ако първо няма топлопоглъщане.

Увеличава свободната енергия на системата

Всяка ендергонична реакция е свързана с увеличаване на свободната енергия на Gibbs на системата. Ако за определена реакция е вярно, че ΔG> 0, тогава тя няма да бъде спонтанна и ще изисква да се извърши доставка на енергия.

Как да разбера математически дали реакцията е ендергонична или не? Прилагане на следното уравнение:

ΔG = ΔH - TΔS

Където ΔH е енталпията на реакцията, тоест общата освободена или погълната енергия; ΔS е промяната на ентропията, а T е температурата. Коефициентът TΔS е загубата на енергия, която не се използва при разширяването или подреждането на молекулите във фаза (твърда, течна или газова).

По този начин, ΔG е енергията, която системата може да използва за вършене на работа. Тъй като ΔG има положителен знак за ендергонична реакция, трябва да се приложи енергия или работа към системата (реагентите), за да се получат продуктите.

Тогава, знаейки стойностите на ΔH (положителни, за ендотермична реакция и отрицателни, за екзотермична реакция), и TΔS, е възможно да се знае дали реакцията е ендергонична. Това означава, че въпреки че реакцията е ендотермична, тя не е непременно ендергонична.

Леденото кубче

Например, кубче лед се топи в течна вода, абсорбира топлина, което помага да се отделят молекулите му; процесът обаче е спонтанен и следователно не е ендергонична реакция.

А какво ще кажете за ситуацията, в която искате да разтопите леда при температура доста под -100ºC? В този случай терминът TΔS в уравнението на свободната енергия става малък в сравнение с ΔH (защото Т намалява) и в резултат ΔG ще има положителна стойност.

С други думи: топенето на лед под -100ºC е ендергоничен процес и не е спонтанен. Подобен случай е случаят със замръзване на водата около 50ºC, което не се случва спонтанно.

Продуктовите ви връзки са по-слаби

Друга важна характеристика, свързана също с ΔG, е енергията на новите връзки. Връзките на образуваните продукти са по-слаби от тези на реагентите. Намаляването на силата на връзките обаче се компенсира с печалба в маса, което се отразява във физическите свойства.

Тук сравнението с тухлената стена започва да губи смисъл. Според горното връзките вътре в тухлите трябва да са по-здрави от тези между тях и цимента. Стената като цяло обаче е по-твърда и устойчива поради по-голямата си маса.

Нещо подобно ще бъде обяснено в раздела с примери, но със захар.

Той е съчетан с ексергонични реакции

Ако ендергоничните реакции не са спонтанни, как протичат в природата? Отговорът се дължи на свързването с други реакции, които са доста спонтанни (ергонични) и които по някакъв начин насърчават тяхното развитие.

Например, следното химическо уравнение представлява тази точка:

A + B => C (ендергонична реакция)

C + D => E (ексергонична реакция)

Първата реакция не е спонтанна, така че естествено не би могла да настъпи. Производството на С обаче позволява да се появи втората реакция, причинявайки Е.

Като добавим свободните енергии на Gibbs за двете реакции, ΔG ₁ и ΔG ₂, с резултат по-малък от нула (ΔG <0), тогава системата ще покачи увеличение на ентропията и следователно ще бъде спонтанна.

Ако C не реагира с D, A никога не би могъл да го образува, тъй като няма енергийна компенсация (както в случая с парите с тухлената стена). Тогава се казва, че C и D "дърпат" A и B, за да реагират, въпреки че това е ендергонична реакция.

Примери

Източник: Max Pixel

фотосинтеза

Растенията използват слънчева енергия за създаване на въглехидрати и кислород от въглероден диоксид и вода. CO ₂ и O ₂, малки молекули със силни връзки, образуват захари, с пръстенови структури, които са по-тежки, по-твърди и се стопят при температура около 186 ° C.

Обърнете внимание, че връзките CC, CH и CO са по-слаби от тези на O = C = O и O = O. И от захарна единица растението може да синтезира полизахариди, като целулоза.

Синтез на биомолекули и макромолекули

Ендергоничните реакции са част от анаболните процеси. Подобно на въглехидратите, други биомолекули, като протеини и липиди, изискват сложни механизми, които без тях и свързване с реакцията на хидролиза на АТФ не биха могли да съществуват.

По същия начин метаболитните процеси като клетъчно дишане, дифузия на йони през клетъчните мембрани и транспортирането на кислород през кръвния поток са примери за ендергонични реакции.

Образуването на диаманти и тежки съединения от суров нефт

Диамантите изискват огромни налягания и температури, така че техните компоненти да могат да бъдат уплътнени в кристално твърдо вещество.

Някои кристализации обаче са спонтанни, въпреки че се появяват с много бавни скорости (спонтанността няма връзка с кинетиката на реакцията).

И накрая, суровият нефт сам по себе си представлява продукт от ендергонични реакции, особено тежки въглеводороди или макромолекули, наречени асфалтени.

Техните структури са много сложни и синтеза им отнема много време (милиони години), топлина и бактериално действие.

Препратки

1. QuimiTube. (2014). Ендергонични и ексергонични реакции. Възстановено от: quimitube.com
2. Академия Хан. (2018). Безплатна енергия. Възстановено от: es.khanacademy.org
3. Биологичен речник. (2017). Определение за ендергонична реакция. Възстановено от: biologydictionary.net
4. Lougee, Мери. (18 май 2018 г.). Какво е ендергонична реакция? Sciencing. Възстановено от: sciaching.com
5. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (22 юни 2018 г.). Endergonic vs Exergonic (с примери). Възстановено от: thinkco.com
6. Аррингтън Д. (2018). Ендергонична реакция: определение и примери. Изследване. Възстановено от: study.com
7. Audersirk Byers. (2009 г.). Животът на Земята. Какво е енергия?, Възстановено от: hhh.gavilan.edu