- Característiques d'una reacció endergónica
- Incrementa l'energia lliure de sistema
- El cub de gel
- Els enllaços dels seus productes són més febles
- Està acoblada amb reaccions exergòniques
- exemples
- fotosíntesi
- Síntesi de biomolècules i macromolècules
- La formació de diamants i compostos pesats de l'cru
- referències
Una reacció endergónica és aquella que no pot transcórrer de manera espontània, i requereix a més d'un alt subministrament d'energia. En química, aquesta energia generalment és la calòrica. Les més conegudes entre totes les reaccions endergòniques són les reaccions endotèrmiques, és a dir, aquelles que absorbeixen calor per produir-se.
Per què no totes les reaccions són espontànies? Perquè van costa amunt a les lleis de la termodinàmica: consumeixen energia i els sistemes formats per les espècies involucrades disminueixen la seva entropia; és a dir, per a fins químics, es tornen molecularment més ordenats.
Font: Pxhere
Construir un mur de maons és un exemple d'una reacció endergónica. Els maons per si sols no es compacten prou per formar un cos sòlid. Això es deu al fet que no hi ha un guany energètica que promogui les seves unions (reflectit també en les seves possibles baixes interaccions intermoleculars).
Llavors, per construir el mur es necessita de ciment i una mà d'obra. Això és energia, i la reacció no espontània (el mur no es construirà automàticament) es torna possible si es percep un benefici energètic (econòmic, en el cas de el mur).
De no haver cap benefici, el mur s'ensorrarà davant de qualsevol pertorbació, i els seus maons mai podran mantenir-se units. El mateix passa amb molts compostos químics, els blocs de construcció no poden unir-se espontàniament.
Característiques d'una reacció endergónica
I si el mur pot construir-se espontàniament? Per a això, les interaccions entre els maons han de ser molt forts i estables, tant, que no caldrà ciment ni una persona que els ordeni; mentre que el mur de maons, tot i que és resistent, és el ciment endurit el que els manté units i no pròpiament la matèria dels maons.
Per tant, les primeres característiques d'una reacció endergónica són:
-No és espontània
-Absorbe calor (o un altre tipus d'energia)
I per què absorbeix energia? Perquè els seus productes tenen més energia que els reactius involucrats en la reacció. L'anterior pot representar-se amb la següent equació:
AG = G Productes -G Reactius
On AG és el canvi de l'energia lliure de Gibbs. Com G Producte és més gran (perquè és més energètic) que G Reactius, la resta ha de ser més gran que zero (AG> 0). La següent imatge resumeix encara més el recentment explicat:
Font: Gabriel Bolívar
Cal notar la diferència entre els estats energètics entre els productes i els reactius (línia morada). Per tant, els reactius no es transformen en productes (A + B => C) si primerament no hi ha una absorció de calor.
Incrementa l'energia lliure de sistema
Tota reacció endergónica té associada un increment de l'energia lliure de Gibbs de el sistema. Si per a determinada reacció es compleix que AG> 0, llavors no serà espontània i requerirà d'un subministrament d'energia per a dur-se a terme.
Com saber matemàticament si una reacció és o no endergónica? Aplicant l'equació següent:
AG = ΔH-TΔS
On ΔH és l'entalpia de la reacció, és a dir, l'energia total alliberada o absorbida; ΔS és el canvi d'entropia, i T la temperatura. El factor TΔS és la pèrdua d'energia no aprofitada en l'expansió o ordenament de les molècules en una fase (sòlida, líquida o gasosa).
Així, AG és l'energia que el sistema pot emprar per realitzar un treball. Com AG té signe positiu per a una reacció endergónica, ha d'aplicar energia o treball a sistema (els reactius) per obtenir-se els productes.
Llavors, coneixent els valors de ΔH (positius, per a una reacció endotèrmica, i negatius, per a una reacció exotèrmica), i TΔS, es pot saber si la reacció és endergónica. Això vol dir que, encara que una reacció sigui endotèrmica, no necessàriament és endergónica.
El cub de gel
Per exemple, una galleda de gel fon en aigua líquida absorbint calor, la qual cosa ajuda a separar les seves molècules; però, el procés és espontani, i per tant, no és una reacció endergónica.
¿I què hi ha de la situació on es vol fondre el gel a una temperatura molt per sota dels -100ºC? En aquest cas, el terme TΔS de l'equació de l'energia lliure es torna petit comparat a ΔH (perquè T disminueix), i com a resultat, AG tindrà un valor positiu.
En altres paraules: fondre el gel per sota dels -100ºC és un procés endergònic, i no és espontani. Un cas similar és el de congelar l'aigua al voltant dels 50ºC, cosa que no passa espontàniament.
Els enllaços dels seus productes són més febles
Una altra característica important, relacionada també amb AG, és l'energia dels enllaços nous. Els enllaços dels productes formats són més febles que els dels reactius. No obstant això, la disminució de la força dels enllaços es compensa amb un guany de massa, la qual cosa es reflecteix en les propietats físiques.
Aquí la comparació amb el mur de maons comença a perdre sentit. D'acord a l'anterior, els enllaços dins dels maons han de ser més forts que els que hi ha entre ells i el ciment. No obstant això, el mur com a conjunt és més rígid i resistent per tenir major massa.
En l'apartat d'exemples s'explicarà una cosa semblant però amb el sucre.
Està acoblada amb reaccions exergòniques
Si les reaccions endergòniques no són espontànies, com tenen lloc a la natura? La resposta es deu a l'acoblament amb altres reaccions que sí són bastant espontànies (exergòniques) i que d'alguna manera promouen el seu desenvolupament.
Per exemple, la següent equació química representa aquest punt:
A + B => C (reacció endergónica)
C + D => I (reacció exergónica)
La primera reacció no és espontània, de manera que naturalment no podria ocórrer. No obstant això, la producció de C permet que es produeixi la segona reacció, originant E.
Sumant les energies lliures de Gibbs per a les dues reaccions, AG gener i AG febrer, amb un resultat menor que zero (AG <0), llavors el sistema presentarà un increment de l'entropia i per tant serà espontani.
Si C no reaccionés amb E, D no podria formar-lo mai, per no haver-hi una compensació energètica (com el cas de els diners amb el mur de maons). Es diu llavors que C i D "jalan" a A i B perquè reaccionin, tot i ser una reacció endergónica.
exemples
Font: Max Pixel
fotosíntesi
Les plantes utilitzen l'energia solar per poder crear carbohidrats i oxigen a partir de l'diòxid de carboni i aigua. El CO 2 i O 2, molècules petites amb forts enllaços, formen sucres, d'estructures anillares, que són més pesats, sòlids, i fonen a una temperatura al voltant dels 186ºC.
Cal notar que els enllaços CC, CH i CO són més febles que els de l'O = C = O i O = O. I a partir d'una unitat de sucre, la planta pot sintetitzar polisacàrids, com la cel·lulosa.
Síntesi de biomolècules i macromolècules
Les reaccions endergòniques formen part dels processos anabòlics. A l'igual que els carbohidrats, altres biomolècules, com les proteïnes, i els lípids, requereixen de mecanismes complexos que sense ells, i l'acoblament amb la reacció d'hidròlisi de l'ATP, no podrien existir.
Així mateix, els processos metabòlics com la respiració cel·lular, la difusió d'ions a través de les membranes cel·lulars, i el transport d'oxigen pel torrent sanguini, són exemples de reaccions endergòniques.
La formació de diamants i compostos pesats de l'cru
Els diamants requereixen d'enormes pressions i temperatures, perquè així, els seus components puguin compactar-se en un sòlid cristal·lí.
No obstant això, algunes cristal·litzacions sí que són espontànies, encara que transcorren a velocitats molt lentes (l'espontaneïtat no té relació amb la cinètica de la reacció).
Per finalitzar, el cru per si sol representa un producte de reaccions endergòniques, especialment els hidrocarburs pesats o les macromolècules anomenades asfaltenos.
Les seves estructures són molt complexes, i la síntesi de les mateixes necessiten de molt temps (milions d'anys), de calor i de l'acció bacteriana.
referències
- QuimiTube. (2014). Reaccions endergòniques i exergòniques. Recuperat de: quimitube.com
- Khan Academy. (2018). Energia lliure. Recuperat de: es.khanacademy.org
- Biology Dictionary. (2017). Definition of endergonic reaction. Recuperat de: biologydictionary.net
- Lougee, Mary. (18 de maig del 2018). What is an Endergonic Reaction? Sciencing. Recuperat de: sciencing.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 de juny del 2018). Endergonic vs Exergonic (With Examples). Recuperat de: thoughtco.com
- Arrington D. (2018). Endergonic reaction: definition & examples. Study. Recuperat de: study.com
- Audersirk Byers. (2009). Life on Earth. What is Energy?. Recuperat de: hhh.gavilan.edu