PHẢN ỨNG ENDERGONIC: ĐẶC ĐIỂM, VÍ DỤ - HÓA HỌC

Một phản ứng endergonic là một trong đó không thể xảy ra một cách tự nhiên, và cũng đòi hỏi một nguồn cung cấp năng lượng cao. Trong hóa học, năng lượng này nói chung là caloric. Phản ứng thu nhiệt được biết đến nhiều nhất là phản ứng thu nhiệt, tức là phản ứng hấp thụ nhiệt để xảy ra.

Tại sao tất cả các phản ứng không phải là tự phát? Bởi vì chúng đi ngược với các định luật nhiệt động lực học: chúng tiêu thụ năng lượng và các hệ được hình thành bởi các loài liên quan làm giảm entropi của chúng; nghĩa là, đối với các mục đích hóa học, chúng trở nên có trật tự phân tử hơn.

Nguồn: Pxhere

Xây một bức tường gạch là một ví dụ về phản ứng cuối cùng. Gạch không đủ chặt để tạo thành một khối vững chắc. Điều này là do không có sự tăng năng lượng nào thúc đẩy sự liên kết của chúng (cũng được phản ánh trong khả năng tương tác giữa các phân tử thấp).

Vì vậy, để xây bức tường bạn cần xi măng và một sức lao động. Đây là năng lượng, và phản ứng không tự phát (bức tường sẽ không được xây dựng tự động) sẽ có thể xảy ra nếu nhận thức được lợi ích về năng lượng (về mặt kinh tế, trong trường hợp của bức tường).

Nếu không có lợi ích, bức tường sẽ sụp đổ dưới bất kỳ sự xáo trộn nào, và những viên gạch của nó sẽ không bao giờ có thể giữ được với nhau. Điều này cũng đúng với nhiều hợp chất hóa học, mà các khối cấu tạo của chúng không thể kết hợp với nhau một cách tự nhiên.

Đặc điểm của phản ứng endergonic

Điều gì sẽ xảy ra nếu bức tường có thể được xây dựng một cách tự phát? Để làm được điều này, tương tác giữa các viên gạch phải rất mạnh và ổn định, đến mức không cần xi măng hoặc một người nào đặt chúng; còn bức tường gạch tuy có khả năng chịu lực nhưng lớp xi măng đã cứng lại kết dính chúng với nhau không đúng chất liệu của gạch.

Do đó, các đặc điểm đầu tiên của phản ứng endergonic là:

-Nó không phải là tự phát

-Hấp thụ nhiệt (hoặc một dạng năng lượng khác)

Và tại sao nó lại hấp thụ năng lượng? Vì sản phẩm của chúng có nhiều năng lượng hơn chất tham gia phản ứng. Điều này có thể được biểu diễn bằng phương trình sau:

ΔG = G _{Sản phẩm} -G _{phản ứng}

Trong đó ΔG là sự thay đổi năng lượng tự do Gibbs. Vì _{Sản phẩm} G lớn hơn (vì nó nhiều năng lượng hơn) so với _{Thuốc thử} G , nên phép trừ phải lớn hơn 0 (ΔG> 0). Hình ảnh sau đây tóm tắt thêm những gì vừa được giải thích:

Nguồn: Gabriel Bolívar

Lưu ý sự khác biệt giữa trạng thái năng lượng giữa các sản phẩm và chất phản ứng (vạch màu tím). Do đó, các chất phản ứng không trở thành sản phẩm (A + B => C) nếu không có sự hấp thụ nhiệt trước.

Tăng năng lượng tự do của hệ thống

Mỗi phản ứng endergonic có liên quan đến sự gia tăng năng lượng tự do Gibbs của hệ thống. Nếu đối với một phản ứng nào đó đúng là ΔG> 0 thì phản ứng đó sẽ không xảy ra tự phát và sẽ cần một nguồn cung cấp năng lượng để thực hiện.

Làm thế nào để biết về mặt toán học nếu một phản ứng là kết thúc hay không? Áp dụng phương trình sau:

ΔG = ΔH - TΔS

Trong đó ΔH là entanpi của phản ứng, tức là tổng năng lượng được giải phóng hoặc hấp thụ; ΔS là sự thay đổi entropi, và T là nhiệt độ. Hệ số TΔS là sự mất mát năng lượng không được sử dụng trong sự giãn nở hoặc sắp xếp của các phân tử trong một pha (rắn, lỏng hoặc khí).

Do đó, ΔG là năng lượng mà hệ thống có thể sử dụng để thực hiện công việc. Vì ΔG có dấu dương cho một phản ứng kết thúc, năng lượng hoặc công phải được áp dụng cho hệ thống (các chất phản ứng) để thu được các sản phẩm.

Khi đó, khi biết các giá trị của ΔH (dương đối với phản ứng thu nhiệt và âm đối với phản ứng tỏa nhiệt) và TΔS, có thể biết được liệu phản ứng có kết thúc hay không. Điều này có nghĩa là mặc dù một phản ứng là thu nhiệt, nhưng nó không nhất thiết là phản ứng cuối cùng .

Viên đá

Ví dụ, một cục nước đá tan chảy thành nước lỏng, hấp thụ nhiệt, giúp phân tách các phân tử của nó; tuy nhiên, quá trình này là tự phát, và do đó nó không phải là một phản ứng kết thúc.

Và tình huống bạn muốn làm tan băng ở nhiệt độ thấp hơn -100ºC thì sao? Trong trường hợp này, số hạng TΔS trong phương trình năng lượng tự do trở nên nhỏ hơn so với ΔH (vì T giảm), và kết quả là ΔG sẽ có giá trị dương.

Nói cách khác: băng tan dưới -100ºC là một quá trình kết thúc, và nó không phải là tự phát. Một trường hợp tương tự là việc đóng băng nước ở khoảng 50ºC, điều này không xảy ra một cách tự nhiên.

Liên kết sản phẩm của bạn yếu hơn

Một đặc tính quan trọng khác, cũng liên quan đến ΔG, là năng lượng của các liên kết mới. Liên kết của các sản phẩm tạo thành yếu hơn liên kết của các chất phản ứng. Tuy nhiên, sự giảm độ bền của các liên kết được bù lại bằng sự tăng khối lượng, điều này được phản ánh trong các tính chất vật lý.

Ở đây sự so sánh với bức tường gạch bắt đầu mất đi ý nghĩa. Theo những điều trên, liên kết bên trong viên gạch phải bền hơn liên kết giữa chúng và xi măng. Tuy nhiên, tổng thể bức tường cứng hơn và có khả năng chịu lực cao hơn do khối lượng lớn hơn.

Một cái gì đó tương tự sẽ được giải thích trong phần ví dụ nhưng với đường.

Nó được kết hợp với các phản ứng gắng sức

Nếu phản ứng endergonic không tự phát, thì chúng diễn ra như thế nào trong tự nhiên? Câu trả lời là do sự kết hợp với các phản ứng khác khá tự phát (exergonic) và điều đó bằng cách nào đó thúc đẩy sự phát triển của chúng.

Ví dụ, phương trình hóa học sau đây biểu thị điểm này:

A + B => C (phản ứng endergonic)

C + D => E (phản ứng gắng sức)

Phản ứng đầu tiên không phải là tự phát, vì vậy nó tự nhiên không thể xảy ra. Tuy nhiên, việc tạo ra C cho phép phản ứng thứ hai xảy ra, gây ra E.

Thêm năng lượng tự do Gibbs cho hai phản ứng, ΔG ₁ và ΔG ₂ , với kết quả nhỏ hơn 0 (ΔG <0), thì hệ thống sẽ cho thấy sự gia tăng entropi và do đó sẽ tự phát.

Nếu C không phản ứng với D, A không bao giờ có thể tạo thành nó, vì không có bù năng lượng (như trường hợp đồng tiền với bức tường gạch). Sau đó, người ta nói rằng C và D "kéo" A và B tham gia phản ứng, mặc dù đó là phản ứng kết thúc.

Ví dụ

Nguồn: Max Pixel

Quang hợp

Thực vật sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra carbohydrate và oxy từ carbon dioxide và nước. CO ₂ và O ₂ , những phân tử nhỏ có liên kết mạnh, tạo thành đường, có cấu trúc vòng, nặng hơn, rắn hơn và nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 186ºC.

Lưu ý rằng liên kết CC, CH và CO yếu hơn liên kết O = C = O và O = O. Và từ một đơn vị đường, cây có thể tổng hợp polysaccharid, chẳng hạn như cellulose.

Tổng hợp phân tử sinh học và đại phân tử

Phản ứng sinh ra là một phần của quá trình đồng hóa. Giống như cacbohydrat, các phân tử sinh học khác, chẳng hạn như protein và lipid, đòi hỏi các cơ chế phức tạp mà nếu không có chúng và kết hợp với phản ứng thủy phân của ATP, không thể tồn tại.

Tương tự như vậy, các quá trình trao đổi chất như hô hấp tế bào, sự khuếch tán của các ion qua màng tế bào và sự vận chuyển oxy qua máu là những ví dụ về phản ứng nội tiết.

Sự hình thành kim cương và các hợp chất nặng từ dầu thô

Kim cương đòi hỏi áp suất và nhiệt độ rất lớn để các thành phần của chúng có thể được nén chặt thành một chất rắn kết tinh.

Tuy nhiên, một số kết tinh là tự phát, mặc dù chúng xảy ra với tốc độ rất chậm (tính tự phát không liên quan đến động học của phản ứng).

Cuối cùng, một mình dầu thô đại diện cho sản phẩm của các phản ứng cuối cùng, đặc biệt là các hydrocacbon nặng hoặc các đại phân tử được gọi là asphalt.

Cấu trúc của nó rất phức tạp và quá trình tổng hợp chúng diễn ra trong một thời gian dài (hàng triệu năm), tác động của nhiệt và vi khuẩn.

Người giới thiệu

QuimiTube. (2014). Phản ứng xuất tiết và gắng sức. Được khôi phục từ: quimitube.com
Học viện Khan. (2018). Năng lượng miễn phí. Phục hồi từ: es.khanacademy.org
Từ điển Sinh học. (2017). Định nghĩa phản ứng endergonic. Khôi phục từ: Biologydictionary.net
Lougee, Mary. (Ngày 18 tháng 5 năm 2018). Phản ứng Endergonic là gì? Đấu kiếm. Phục hồi từ: sciining.com
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 22 tháng 6 năm 2018). Endergonic vs Exergonic (Có ví dụ). Phục hồi từ: thinkco.com
Arrington D. (2018). Phản ứng Endergonic: định nghĩa và ví dụ. Học. Phục hồi từ: study.com
Audersirk Byers. (2009). Sự sống trên Trái đất. Năng lượng là gì? . Được khôi phục từ: hhh.gavilan.edu

PHẢN ỨNG ENDERGONIC: ĐẶC ĐIỂM, VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2026