Эндергоническая реакция

Эндергоническая реакция (например, фотосинтез ) — это реакция, для осуществления которой требуется энергия. Эндергонический означает «поглощение энергии в форме работы». Энергия активации реакции обычно превышает общую энергию экзергонической реакции (1). Эндергонические реакции непроизвольны. Ход реакции показан линией. Изменение свободной энергии Гиббса ( Δ G ) во время эндергонической реакции является положительным значением, поскольку энергия приобретается (2).

В химической термодинамике эндергоническая реакция (от греческого ἔνδον (эндон) «внутри» и ἔργον (эргон) « работа »; также называемая несамопроизвольной реакцией с поглощением тепла или неблагоприятной реакцией ) — химическая реакция , в которой стандартное изменение свободных энергия положительна, и дополнительная движущая сила для осуществления этой реакции необходима . С точки зрения непрофессионала, общее количество полезной энергии отрицательно (для начала реакции требуется больше энергии, чем то, что получено от нее), поэтому общая энергия представляет собой чистый отрицательный результат, в отличие от чистого положительного результата в экзергонической реакции. . Другими словами, чтобы произошла реакция, полезная энергия должна быть поглощена из окружающей среды работоспособной системой.

В условиях постоянной температуры и постоянного давления это означает, что изменение стандартной свободной энергии Гиббса будет положительным:

$\Delta G^{\circ }>0$

для реакции в стандартном состоянии (т.е. при стандартном давлении (1 бар ) и стандартных концентрациях (1 моль ) всех реагентов).

В обмене веществ эндергонический процесс является анаболическим , что означает сохранение энергии; Во многих таких анаболических процессах энергия подается за счет реакции с аденозинтрифосфатом (АТФ), что, как следствие, приводит к образованию высокоэнергетического отрицательно заряженного органического фосфата и положительного аденозиндифосфата .

Константа равновесия

Константа равновесия реакции связана с ΔG ° соотношением:

$K=e^{-{\frac {\Delta G^{\circ }}{RT}}}$

где T — абсолютная температура , а R — газовая постоянная . Поэтому положительное значение ΔG ° означает

$K<1\,$

так что, начиная с молярных стехиометрических величин, такая реакция будет двигаться назад к равновесию, а не вперед.

Тем не менее эндергонические реакции довольно распространены в природе, особенно в биохимии и физиологии . Примеры эндергонических реакций в клетках включают синтез белка и Na ⁺ /К ⁺ насос , который управляет нервной проводимостью и сокращением мышц .

Свободная энергия Гиббса

Все физические и химические системы во Вселенной подчиняются второму началу термодинамики и действуют в нисходящем, то есть экзергоническом , направлении. Таким образом, предоставленная сама себе любая физическая или химическая система будет двигаться, согласно второму закону термодинамики, в направлении, которое имеет тенденцию к снижению свободной энергии системы и, таким образом, к расходованию энергии в форме работы. Эти реакции возникают спонтанно.

Химическая реакция является эндергонической, если она не является спонтанной. Таким образом, в этом типе реакции свободная энергия Гиббса увеличивается. Энтропия включена в любое изменение свободной энергии Гиббса. Это отличается от эндотермической реакции , в которой энтропия не учитывается. Свободная энергия Гиббса рассчитывается с помощью уравнения Гиббса – Гельмгольца :

$\Delta G=\Delta H-T\cdot \Delta S$

где:

$T$ = температура в кельвинах (К)

$\Delta G$ = изменение свободной энергии Гиббса

$\Delta S$ = изменение энтропии (при 298 К) как ${\textstyle \Delta S=\sum S({\text{Product}})-\sum S({\text{Reagent}})}$

$\Delta H$ = изменение энтальпии (при 298 К) как ${\textstyle \Delta H=\sum H({\text{Product}})-\sum H({\text{Reagent}})}$

Химическая реакция протекает несамопроизвольно, когда свободная энергия Гиббса увеличивается, в этом случае $\Delta G$ является положительным. В экзергонических реакциях $\Delta G$ отрицателен, а при эндергонических реакциях $\Delta G$ является положительным:

$\Delta _{\mathrm {R} }G<0$ экзергонический

$\Delta _{\mathrm {R} }G>0$ эндергонический

где $\Delta _{\mathrm {R} }G$ равен изменению свободной энергии Гиббса после завершения химической реакции.

Создание

если они либо притягиваются , либо подталкиваются экзергоническим Эндергонические реакции могут быть достигнуты , процессом (повышение стабильности, отрицательное изменение свободной энергии ). Конечно, во всех случаях результирующая реакция всей системы (исследуемая реакция плюс реакция притягивателя или толкателя) является экзергонической.

Потянуть

Реагенты могут проходить через эндергоническую реакцию, если продукты реакции быстро удаляются в результате последующей экзергонической реакции. Таким образом, концентрация продуктов эндергонической реакции всегда остается низкой, поэтому реакция может протекать.

Классическим примером этого может быть первая стадия реакции, протекающей через переходное состояние . Процесс достижения вершины энергетического барьера активации переходного состояния является эндергоническим. Однако реакция может протекать, поскольку, достигнув переходного состояния, она быстро развивается посредством экзергонического процесса к более стабильным конечным продуктам.

Нажмите

Эндергонические реакции можно запустить , соединив их с другой реакцией, которая является сильно экзергонической, через общий промежуточный продукт.

Часто именно так протекают биологические реакции. Например, сама по себе реакция

$X+Y\longrightarrow XY$

может быть слишком эндергоническим, чтобы произойти. Однако это можно осуществить, соединив его с сильно экзергонической реакцией, например, очень часто, с разложением АТФ на АДФ и неорганические ионы фосфата, АТФ → АДФ + P _i , так что

$X+{\mathit {ATP}}\longrightarrow {\mathit {XP}}+{\mathit {ADP}}$

${\mathit {XP}}+Y\longrightarrow {\mathit {XY}}+P_{i}$

Этот тип реакции, при котором разложение АТФ обеспечивает свободную энергию, необходимую для возникновения эндергонической реакции, настолько распространен в клеточной биохимии, что АТФ часто называют «универсальной энергетической валютой» всех живых организмов.

См. также

• Экзергонический
• Экзергоническая реакция
• экзотермический
• Эндотермический
• Экзотермическая реакция
• Эндотермическая реакция
• Эндотерма
• Экзотерма