תגובה אנדרגונית: מאפיינים, דוגמאות - כִּימִיָה - 2025

תגובת endergonic היא אחד שלא יכול להתרחש באופן ספונטני, וגם דורשת אספקה גבוהה של אנרגיה. בכימיה אנרגיה זו היא בדרך כלל קלורית. הידוע ביותר מבין כל התגובות האנדרגוניות הן תגובות אנדותרמיות, כלומר אלו הסופגות חום כדי להתרחש.

מדוע לא כל התגובות ספונטניות? מכיוון שהם הולכים בעלייה לחוקי התרמודינמיקה: הם צורכים אנרגיה והמערכות הנוצרות על ידי המינים המעורבים מקטינות את האנטרופיה שלהן; כלומר, למטרות כימיות הם הופכים להיות מסודרים יותר מולקולרית.

מקור: Pxhere

בניית קיר לבנים היא דוגמא לתגובה אנדרגונית. לבנים בלבד אינן קומפקטיות מספיק כדי ליצור גוף יציב. הסיבה לכך היא שאין רווח אנרגטי המקדם את האיגודים שלהם (משתקף גם באינטראקציות הנמוכות המולקולריות שלהם).

אז כדי לבנות את הקיר אתה צריך מלט וכוח עבודה. זו אנרגיה, ותגובה לא ספונטנית (הקיר לא ייבנה אוטומטית) הופכת אפשרית אם נתפס יתרון אנרגטי (כלכלי, במקרה של הקיר).

אם אין תועלת, הקיר יקרוס תחת הפרעה כלשהי, ולבניו לעולם לא יוכלו להחזיק יחד. הדבר נכון גם לתרכובות כימיות רבות, שאבני הבניין שלהן אינן יכולות להיפגש באופן ספונטני.

מאפייני תגובה אנדרגונית

מה אם ניתן לבנות את הקיר באופן ספונטני? לשם כך, יחסי הגומלין בין הלבנים חייבים להיות חזקים ויציבים מאוד, עד כדי כך שלא יהיה צורך במלט או באדם להזמין אותם; בעוד שקיר הלבנים, למרות שהוא עמיד, הוא המלט המקשה המחזיק אותם זה בזה ולא חומר הלבנים.

לכן המאפיינים הראשונים של תגובה אנדרגונית הם:

זה לא ספונטני

-ספיגת חום (או סוג אחר של אנרגיה)

ומדוע הוא סופג אנרגיה? מכיוון שלמוצרים שלהם יש יותר אנרגיה מאשר המגיבים המעורבים בתגובה. ניתן לייצג זאת על ידי המשוואה הבאה:

ΔG = G _{הריאקטיבי} -G _מוצרים

איפה ΔG הוא השינוי באנרגיה החופשית של ג'יבס. מכיוון _{שמוצר ה-} G גדול יותר (מכיוון שהוא אנרגטי יותר) מאשר _{מגיבים ל-} G , החיסור חייב להיות גדול מאפס (ΔG> 0). התמונה הבאה מסכמת עוד יותר את מה שהוסבר זה עתה:

מקור: גבריאל בוליבר

שימו לב להבדל בין מצבי האנרגיה בין המוצרים למגיבים (קו סגול). לכן המגיבים אינם הופכים למוצרים (A + B => C) אם אין ספיגת חום תחילה.

מגביר את האנרגיה החופשית של המערכת

כל תגובה אנדרגונית קשורה לעלייה באנרגיה החופשית של הגיבס של המערכת. אם לתגובה מסוימת נכון ש- G> 0, אז זה לא יהיה ספונטני ויחייב אספקת אנרגיה לביצוע.

כיצד ניתן לדעת באופן מתמטי אם התגובה היא אנדרגונית או לא? החלת המשוואה הבאה:

ΔG = ΔH - TΔS

כאשר ΔH הוא האנטלפיה של התגובה, כלומר האנרגיה הכוללת שמשתחררת או נספגת; ΔS הוא שינוי האנטרופיה, ו- T הוא הטמפרטורה. גורם TΔS הוא אובדן האנרגיה שלא משתמשים בהרחבה או סידור המולקולות בשלב (מוצק, נוזל או גז).

לפיכך, ΔG היא האנרגיה בה המערכת יכולה להשתמש בכדי לבצע עבודות. מכיוון של- G יש סימן חיובי לתגובה אנדרגונית, יש ליישם אנרגיה או עבודה על המערכת (המגיבים) כדי להשיג את המוצרים.

לאחר מכן, בידיעת הערכים של ΔH (חיובי, לתגובה אנדותרמית, ושלילית, לתגובה אקסותרמית), ו- TΔS, ניתן לדעת אם התגובה אנדרגונית. המשמעות היא שלמרות שהתגובה היא אנדותרמית, היא לא בהכרח אנדרגונית .

קוביית הקרח

לדוגמה, קוביית קרח נמסה למים נוזליים, סופגת חום, המסייעת להפרדת מולקולותיה; עם זאת, התהליך הוא ספונטני, ולכן הוא אינו תגובה אנדרגונית.

ומה עם המצב בו תרצו להמיס את הקרח בטמפרטורה הנמצאת הרבה מתחת ל -100 מעלות צלזיוס? במקרה זה, מונח ה- TΔS במשוואת האנרגיה החופשית הופך להיות קטן בהשוואה ל- becauseH (מכיוון ש- T יורד), וכתוצאה מכך, ל- ΔG יהיה ערך חיובי.

במילים אחרות: התכה של קרח מתחת ל -100 מעלות צלזיוס היא תהליך אנרגוני, והיא אינה ספונטנית. מקרה דומה הוא הקפאת המים סביב 50 מעלות צלזיוס, דבר שלא קורה באופן ספונטני.

קישורי המוצר שלך חלשים יותר

מאפיין חשוב נוסף, הקשור גם ל- ΔG, הוא האנרגיה של הקשרים החדשים. קשרי המוצרים הנוצרים חלשים יותר מאלו של המגיבים. עם זאת, הירידה בעוצמת הקשרים מפוצה על ידי עלייה במסה, הבאה לידי ביטוי בתכונות הפיזיקליות.

כאן ההשוואה עם קיר הלבנים מתחילה לאבד משמעות. על פי האמור לעיל, הקשרים בתוך הלבנים צריכים להיות חזקים יותר מאלה שביניהם לבין המלט. עם זאת, הקיר בכללותו נוקשה ועמיד יותר בגלל המסה הגדולה שלו.

משהו דומה יוסבר בסעיף הדוגמאות אך עם סוכר.

זה משולב בתגובות אקסרגוניות

אם תגובות אנדרגוניות אינן ספונטניות, כיצד הן מתרחשות בטבע? התשובה נובעת מההתחברות לתגובות אחרות שהן די ספונטניות (אקסרגוניות) ושהן איכשהו מקדמות את התפתחותן.

לדוגמה, המשוואה הכימית הבאה מייצגת נקודה זו:

A + B => C (תגובה אנדרגונית)

C + D => E (תגובה אקסרגונית)

התגובה הראשונה אינה ספונטנית, ולכן באופן טבעי היא לא יכולה להתרחש. עם זאת, ייצור ה- C מאפשר לתגובה השנייה להתרחש, וגורם ל- E.

הוספת האנרגיות החופשיות של הגיבס לשתי התגובות, ΔG ₁ ו- ΔG ₂ , עם תוצאה פחות מאפס (ΔG <0), אז המערכת תציג עלייה באנטרופיה ולכן תהיה ספונטנית.

אם C לא היה מגיב עם D, A לעולם לא הייתה יכולה ליצור אותו, מכיוון שאין פיצוי אנרגטי (כמו במקרה של כסף עם קיר הלבנים). אז נאמר ש- C ו- D "מושכים" את A ו- B להגיב, למרות שזו תגובה אנדרגונית.

דוגמאות

מקור: מקס פיקסל

פוטוסינתזה

צמחים משתמשים באנרגיה סולארית כדי ליצור פחמימות וחמצן מפחמן דו חמצני ומים. CO ₂ ו- O ₂ , מולקולות קטנות בעלות קשרים חזקים, יוצרים סוכרים, עם מבני טבעת, שהם כבדים יותר, מוצקים יותר ונמסים בטמפרטורה של 186 מעלות צלזיוס.

שימו לב כי איגרות החוב CC, CH ו- CO חלשות יותר מאלו של O = C = O ו- O = O. ומתוך יחידת סוכר, הצמח יכול לסנתז פוליסכרידים, כמו תאית.

סינתזה של ביומולקולות ומקרומולקולות

תגובות אנדרגוניות הינן חלק מתהליכים אנבוליים. בדומה לפחמימות, גם ביומולקולות אחרות, כמו חלבונים וליפידים, דורשות מנגנונים מורכבים שבלעדיהם, ובצירוף לתגובת ההידרוליזה של ATP, לא היו יכולים להתקיים.

כמו כן, תהליכים מטבוליים כמו נשימה תאית, התפשטות של יונים על קרומי התא והובלת חמצן בזרם הדם הם דוגמאות לתגובות אנדרגוניות.

היווצרות יהלומים ותרכובות כבדות משמן גולמי

יהלומים דורשים לחצים וטמפרטורות עצומים, כך שניתן יהיה לדחוס את מרכיביהם למוצק גבישי.

עם זאת, התגבשות מסוימת היא ספונטנית, אם כי היא מתרחשת במהירויות איטיות מאוד (לספונטניות אין קשר לקינטיקה של התגובה).

לבסוף, נפט גולמי בלבד מייצג תוצר של תגובות אנדרגוניות, במיוחד פחמימנים כבדים או מקרומולקולות המכונות אספלטנים.

המבנים שלהם מורכבים מאוד, והסינתזה שלהם אורכת זמן רב (מיליוני שנים), פעולות חום וחיידקים.

הפניות

1. QuimiTube. (2014). תגובות אנדרגוניות ואקסרגוניות. התאושש מ: quimitube.com
2. האקדמיה לחאן. (2018). אנרגיה חינמית. התאושש מ: es.khanacademy.org
3. מילון ביולוגיה. (2017). הגדרת התגובה האנדרגונית. התאושש מ: biologydictionary.net
4. לוגי, מרי. (18 במאי 2018). מהי תגובה אנדרגונית? מדע. התאושש מ: sciencing.com
5. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (22 ביוני 2018). אנדרגוניק לעומת אקרגוניק (עם דוגמאות). התאושש מ: thoughtco.com
6. ארינגטון ד '(2018). תגובה אנדרגונית: הגדרה ודוגמאות. לימוד. התאושש מ: study.com
7. Audersirk Byers. (2009). החיים על כדור הארץ. מהי אנרגיה? . התאושש מ: hhh.gavilan.edu