رد فعل Endergonic: الخصائص والأمثلة
رد فعل endergonic هو رد فعل لا يمكن أن يحدث بشكل تلقائي ، ويتطلب أيضًا إمداد طاقة عالي. في الكيمياء ، عادة ما تكون هذه الطاقة من السعرات الحرارية. أكثر ردود الفعل المعروفة بين جميع تفاعلات الإندرجون هي تفاعلات ماصة للحرارة ، أي تلك التي تمتص الحرارة لإنتاجها.
لماذا ليست كل ردود الفعل عفوية؟ لأنهم يذهبون إلى قوانين الديناميكا الحرارية: يستهلكون الطاقة والأنظمة التي تشكلها الأنواع المعنية تقلل من انتروبيا ؛ وهذا هو ، لأغراض كيميائية ، فإنها تصبح أكثر جزيئيا مرتبة.
بناء جدار من الطوب هو مثال على رد الفعل في الجسم. الطوب وحده لا يضغط بما يكفي لتشكيل جسم صلب. هذا بسبب عدم وجود مكاسب طاقة تعزز نقاباتهم (تنعكس أيضًا في تفاعلاتهم المنخفضة بين الجزيئات).
لذلك ، لبناء الجدار تحتاج الاسمنت والقوى العاملة. هذه هي الطاقة ، ويكون رد الفعل غير التلقائي (لن يتم بناء الجدار تلقائيًا) ممكنًا إذا تم إدراك فائدة الطاقة (اقتصادية ، في حالة الجدار).
إذا لم يكن هناك أي فائدة ، فسوف ينهار الجدار قبل أي اضطراب ، ولا يمكن أبداً أن يثبت طوبه معًا. ينطبق الشيء نفسه على العديد من المركبات الكيميائية ، التي لا يمكن أن تتحد كتل البناء الخاصة بها تلقائيًا.
خصائص رد الفعل endergonic
ماذا لو كان يمكن بناء الجدار تلقائيا؟ لهذا ، يجب أن تكون التفاعلات بين الطوب قوية ومستقرة للغاية ، بحيث لا تكون هناك حاجة إلى الأسمنت أو الشخص الذي يطلبها ؛ في حين أن جدار القرميد ، بينما يكون مقاومًا ، فإن الأسمنت المتصلب هو الذي يربطهم معًا وليس مادة الطوب بشكل صحيح.
لذلك ، فإن الخصائص الأولى لرد الفعل endergonic هي:
-ليس من عفوية
- تمتص الحرارة (أو أي نوع آخر من الطاقة)
ولماذا تمتص الطاقة؟ لأن منتجاتها لديها طاقة أكثر من المواد المتفاعلة المشاركة في التفاعل. ما سبق يمكن تمثيله بالمعادلة التالية:
ΔG = G Products -G الكواشف
حيث ΔG هو تغيير طاقة جيبس الحرة. نظرًا لأن G Product أكبر (لأنه أكثر حيوية) من G Reagents ، يجب أن يكون الطرح أكبر من الصفر (ΔG> 0). تلخص الصورة التالية ما تم شرحه للتو:
لاحظ الفرق بين حالات الطاقة بين المنتجات والكواشف (الخط الأرجواني). لذلك ، لا تتحول المواد المتفاعلة إلى منتجات (A + B => C) إذا لم يكن هناك امتصاص للحرارة أولاً.
زيادة الطاقة الحرة للنظام
كل رد فعل إندرجوني له زيادة مرتبطة في طاقة جيبس الحرة للنظام. إذا كان رد فعل معين مقتنعًا أن ΔG> 0 ، فلن يكون تلقائيًا وسيتطلب توفير الطاقة.
كيف تعرف رياضيا إذا كان رد الفعل هو endergónica أم لا؟ تطبيق المعادلة التالية:
ΔG = ΔH-TΔS
حيث ΔH هو المحتوى الحراري للتفاعل ، أي الطاقة الكلية المنبعثة أو الممتصة ؛ ΔS هو تغيير الكون ، ودرجة الحرارة. العامل TΔS هو فقدان الطاقة غير المستخدمة في تمدد أو ترتيب الجزيئات في مرحلة (صلبة أو سائلة أو غازية).
وبالتالي ، فإن ΔG هي الطاقة التي يمكن للنظام استخدامها لأداء وظيفة. نظرًا لأن ΔG لها علامة إيجابية على تفاعل الإندرجونيك ، فيجب تطبيق الطاقة أو العمل على النظام (المواد المتفاعلة) للحصول على المنتجات.
عندئذٍ ، ومعرفة قيم ΔH (إيجابية ، لتفاعل ماص للحرارة ، وسلبية ، لتفاعل طارد للحرارة) ، و TΔS ، يمكننا أن نعرف ما إذا كان تفاعل الإندرونيك أم لا. هذا يعني أنه على الرغم من أن التفاعل يكون ماصًا للحرارة ، فإنه ليس بالضرورة مادة مسببة للحساسية .
مكعبات الثلج
على سبيل المثال ، يذوب مكعب الثلج في الماء السائل الذي يمتص الحرارة ، مما يساعد على فصل جزيئاته ؛ ومع ذلك ، فإن هذه العملية عفوية ، وبالتالي ، فهي ليست رد فعل endergonic.
وماذا عن الموقف الذي تريد إذابة الجليد عند درجة حرارة أقل بكثير من -100 درجة مئوية؟ في هذه الحالة ، يصبح مصطلح TΔS لمعادلة الطاقة الحرة صغيرًا مقارنةً بـ ΔH (لأن T ينقص) ، ونتيجة لذلك ، سيكون لـ ΔG قيمة موجبة.
بمعنى آخر: إن ذوبان الجليد تحت -100 درجة مئوية هو عملية هرمية ، وهي ليست عفوية. وهناك حالة مماثلة تتمثل في تجميد الماء حوالي 50 درجة مئوية ، وهذا لا يحدث تلقائيًا.
روابط منتجاتها أضعف
هناك سمة مهمة أخرى ، مرتبطة أيضًا بـ ΔG ، وهي طاقة الروابط الجديدة. روابط المنتجات المشكلة أضعف من روابط الكواشف. ومع ذلك ، فإن الانخفاض في قوة الروابط يعوضه كسب كبير ، وهو ما ينعكس في الخصائص المادية.
هنا تبدأ المقارنة مع جدار القرميد في فقدان المعنى. وفقًا لما ذُكر أعلاه ، يجب أن تكون الروابط الموجودة داخل الطوب أقوى من الروابط بينها وبين الأسمنت. ومع ذلك ، فإن الجدار ككل أكثر صلابة ومقاومة بسبب كتلته الكبيرة.
في قسم الأمثلة سيشرح شيئًا مشابهًا ولكن مع السكر.
يقترن ردود الفعل exergonic
إذا لم تكن تفاعلات الإندرجونيك عفوية ، فكيف تحدث في الطبيعة؟ الجواب يرجع إلى الاقتران بردود الفعل الأخرى التي تكون عفوية (exergonic) والتي تعزز نموها بطريقة أو بأخرى.
على سبيل المثال ، تمثل المعادلة الكيميائية التالية هذه النقطة:
A + B => C (تفاعل إندرجوني)
C + D => E (تفاعل خارج الجسم)
رد الفعل الأول ليس تلقائيًا ، لذلك بطبيعة الحال لا يمكن أن يحدث. ومع ذلك ، فإن إنتاج C يسمح بحدوث رد الفعل الثاني ، مصدره E.
عند إضافة طاقات Gibbs الخالية للتفاعلين ، ΔG 1 و ΔG 2 ، بنتيجة أقل من الصفر (ΔG <0) ، فإن النظام سوف يقدم زيادة في الانتروبيا وبالتالي سيكون تلقائيًا.
إذا لم يتفاعل C مع D ، فلن يتمكن A من تكوينه أبدًا ، لأنه لم يكن هناك تعويض للطاقة (كما في حالة المال بجدار من الطوب). يقال بعد ذلك أن C و D "تسحب" A و B للرد ، على الرغم من أنه رد فعل endergonic.
أمثلة
التركيب الضوئي
تستخدم النباتات الطاقة الشمسية لإنتاج الكربوهيدرات والأكسجين من ثاني أكسيد الكربون والماء. CO 2 و O 2 ، جزيئات صغيرة ذات روابط قوية ، تشكل سكريات ، لهياكل الحلقة ، والتي هي أثقل ، صلبة ، وذوبان في درجة حرارة حوالي 186 درجة مئوية.
لاحظ أن الارتباطات CC و CH و CO أضعف من الارتباطات O = C = O و O = O. ومن وحدة السكر ، يمكن للمصنع توليف السكريات ، مثل السليلوز.
تخليق الجزيئات الحيوية والجزيئات
ردود الفعل Endergonic هي جزء من عمليات الابتنائية. مثل الكربوهيدرات ، تتطلب الجزيئات الحيوية الأخرى ، مثل البروتينات والدهون ، آليات معقدة بدونها ، والاقتران مع تفاعل التحلل المائي لـ ATP ، لا يمكن أن توجد.
كما أن عمليات الأيض مثل التنفس الخلوي ، وانتشار الأيونات من خلال أغشية الخلايا ، ونقل الأكسجين عبر مجرى الدم ، هي أمثلة على تفاعلات الإندرجون.
تشكيل الماس والمركبات الخام الثقيلة
يتطلب الماس ضغوطًا ودرجات حرارة هائلة ، بحيث يمكن ضغط مكوناتها في مادة صلبة بلورية.
ومع ذلك ، فإن بعض التبلورات تكون عفوية ، على الرغم من أنها تحدث بسرعات بطيئة جدًا (العفوية ليس لها علاقة بحركية التفاعل).
أخيرًا ، يمثل النفط الخام وحده نتاجًا لتفاعلات الطاقة ، وخاصة الهيدروكربونات الثقيلة أو الجزيئات الكبيرة التي تسمى الإسفلتينات.
هياكلها معقدة للغاية ، وتوليفها يستغرق وقتاً طويلاً (بملايين السنين) ، والحرارة والعمل الجرثومي.
