Содержание
В химической реакции исходные материалы, называемые реагентами, превращаются в продукты. В то время как все химические реакции требуют первоначального ввода энергии, называемой энергией активации, некоторые реакции приводят к суммарному выделению энергии в окружающую среду, а другие приводят к чистому поглощению энергии из окружающей среды. Последняя ситуация называется эндергонической реакцией.
Энергия реакции
Химики определяют свой реакционный сосуд как «систему», а все остальное во вселенной - как «окружение». Следовательно, когда эндергоническая реакция поглощает энергию из окружающей среды, энергия поступает в систему. Противоположный тип - это экзергоническая реакция, при которой энергия высвобождается в окружающую среду.
Первая часть любой реакции всегда требует энергии, независимо от типа реакции. Даже если сжигание дров выделяет тепло и происходит самопроизвольно, как только оно начинается, вы должны начать процесс, добавив энергию. Пламя, которое вы добавляете, чтобы зажечь дрова, обеспечивает энергию активации.
Энергия активации
Чтобы перейти от стороны реагента к стороне продукта химического уравнения, вы должны преодолеть энергетический барьер активации. Каждая индивидуальная реакция имеет характерный размер барьера. Высота барьера не имеет никакого отношения к тому, является ли реакция эндергонической или эксергонной; например, экзергоническая реакция может иметь очень высокий энергетический барьер активации или наоборот.
Некоторые реакции происходят в несколько этапов, причем каждый этап имеет свой собственный барьер энергии активации, который необходимо преодолеть.
Примеры
Синтетические реакции имеют тенденцию быть эндергоническими, а реакции, которые разрушают молекулы, имеют тенденцию быть эксергонными. Например, процесс присоединения аминокислот к белку и образование глюкозы из углекислого газа во время фотосинтеза являются эндергоническими реакциями. Это имеет смысл, поскольку процессы, которые строят большие структуры, вероятно, потребуют энергии. Обратная реакция - например, клеточное дыхание глюкозы в углекислый газ и воду - является эксергонным процессом.
Катализаторы
Катализаторы могут снизить энергетический барьер активации реакции. Они делают это путем стабилизации промежуточной структуры, которая существует между молекулой реагента и продукта, что облегчает преобразование. По существу, катализатор дает реагентам «туннель» с более низкой энергией, через который можно проходить, что облегчает переход к продуктовой стороне энергетического барьера активации. Существует много типов катализаторов, но некоторые из самых известных - это ферменты, катализаторы в мире биологии.
Реакция Спонтанность
Независимо от энергетического барьера активации, только экзергонические реакции происходят самопроизвольно, потому что они испускают энергию. Тем не менее, нам все еще нужно нарастить мышечную массу и восстановить наши тела, которые являются эндергоническими процессами. Мы можем управлять эндергонным процессом, связывая его с эксергонным процессом, который обеспечивает достаточно энергии, чтобы соответствовать разнице в энергии между реагентами и продуктами.