Эндергоническая реакция - Endergonic reaction

Эндергоническая реакция (например, фотосинтез) - это реакция, для управления которой требуется энергия. Эндергонический (от приставки эндо-, производной от греческого слова ἔνδον заканчивается в, «внутри» и греческое слово ἔργον эргон, "работай ") означает" поглощение энергии в форме работы ". Энергия активации реакции обычно больше, чем общая энергия экзэргонической реакции (1). Эндергонические реакции не являются спонтанными. Ход реакции показан линией. Изменение свободной энергии Гиббса (ΔG) во время эндергонической реакции является положительным значением, поскольку энергия приобретается (2).

В химическая термодинамика, эндергоническая реакция (также называемый поглотителем тепла непредвиденная реакция или неблагоприятная реакция) это химическая реакция в котором стандартное изменение свободная энергия положительна, и для осуществления этой реакции требуется дополнительная движущая сила. С точки зрения непрофессионала, общее количество полезной энергии отрицательно (для начала реакции требуется больше энергии, чем получено из нее), поэтому общая энергия является отрицательным чистым результатом. Для получения общей прибыли в чистом результате см. экзэргоническая реакция. Другими словами, полезная энергия должна быть поглощена из окружающей среды в работоспособную систему, чтобы реакция произошла.

В условиях постоянной температуры и постоянного давления это означает, что изменение стандарта Свободная энергия Гиббса было бы положительно,

{ displaystyle Delta G ^ { circ}> 0}

для реакции на стандартное состояние (т.е. при стандартном давлении (1 бар ) и стандартные концентрации (1 коренной зуб ) всех реагентов).

В метаболизм, эндергонический процесс анаболический, что означает, что энергия сохраняется; во многих таких анаболических процессах энергия доставляется путем связывания реакции с аденозинтрифосфат (АТФ) и, как следствие, приводит к образованию высокоэнергетического отрицательно заряженного органического фосфата и положительного аденозиндифосфат.

Константа равновесия

В константа равновесия реакция связана с Δграмм° соотношением:

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

куда Т это абсолютная температура и р это газовая постоянная. Положительное значение Δграмм° поэтому подразумевает

{ Displaystyle К <1 ,}

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

Тем не менее, эндергонические реакции довольно распространены в природе, особенно у биохимия и физиология. Примеры эндергонических реакций в клетках включают: синтез белка, а Na⁺/ К⁺ насос который движет нервная проводимость и сокращение мышц.

Свободная энергия Гиббса для эндергонических реакций

Все физические и химические системы во Вселенной подчиняются второй закон термодинамики и продолжайте движение под гору, т.е. экзергонический, направление. Таким образом, предоставленная самой себе, любая физическая или химическая система будет двигаться, согласно второму закону термодинамики, в направлении, которое имеет тенденцию понижать свободная энергия системы, и, таким образом, расходовать энергию в виде работы. Эти реакции происходят спонтанно.

Химическая реакция является эндергонической, когда не является спонтанной. Таким образом, в этом типе реакции Свободная энергия Гиббса увеличивается. В энтропия включается в любое изменение свободной энергии Гиббса. Это отличается от эндотермическая реакция где энтропия не включена. Свободная энергия Гиббса рассчитывается с помощью Уравнение Гиббса – Гельмгольца.:

{ Displaystyle Delta G = Delta H-T cdot Delta S}

куда:

Т = температура в кельвины (K)

Δграмм = изменение свободной энергии Гиббса

ΔS = изменение энтропии (при 298 K) как ΔS = Σ {S(Товар )} - Σ {S(Реагент )}

ΔЧАС = изменение энтальпии (при 298 K) как ΔЧАС = Σ {H (Продукт)} - Σ {H (Реагент)}

Химическая реакция протекает несамопроизвольно, когда свободная энергия Гиббса увеличивается, в этом случае Δграмм положительный. В экзергонический реакции Δграмм отрицательна, а в эндергонических реакциях ΔG положительна:

{ Displaystyle Delta _ { mathrm {R}} G <0}

эксергон

{ displaystyle Delta _ { mathrm {R}} G> 0}

эндергон

куда:

{ displaystyle Delta _ { mathrm {R}} G}

равно изменению свободной энергии Гиббса после завершения химической реакции.

Создание эндергонических реакций

Эндергонические реакции могут быть достигнуты, если они потянул или же толкнул по экзергонический (стабильность увеличивается, отрицательное изменение свободная энергия ) процесс. Конечно, во всех случаях чистая реакция общий система (изучаемая реакция плюс реакция выталкивателя или выталкивателя) экзергоническая.

Тянуть

Реагенты могут быть потянул через эндергоническую реакцию, если продукты реакции быстро выводятся в результате последующей экзэргонической реакции. Таким образом, концентрация продуктов эндергонической реакции всегда остается низкой, поэтому реакция может продолжаться.

Классическим примером этого может быть первая стадия реакции, протекающая через переходное состояние. Процесс выхода на вершину энергетический барьер активации в переходное состояние - эндергонический. Однако реакция может продолжаться, потому что, достигнув переходного состояния, она быстро эволюционирует посредством эксергонического процесса к более стабильным конечным продуктам.

Толкать

Эндергонические реакции могут быть толкнул путем связывания их с другой реакцией, которая является сильно экзэргонической, через общий промежуточный продукт.

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

{ displaystyle X + Y longrightarrow XY}

может быть слишком эндергоничным, чтобы возникать. Однако это можно сделать, связав его с сильно экзэргонической реакцией, такой как, очень часто, разложение АТФ в ADP и неорганические фосфат-ионы, АТФ → АДФ + Ф_я, так что

{ displaystyle X + { mathit {ATP}} longrightarrow { mathit {XP}} + { mathit {ADP}}}

{ displaystyle { mathit {XP}} + Y longrightarrow { mathit {XY}} + P_ {i}}

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