Зміст
У хімічній реакції вихідні речовини, звані реагентами, перетворюються на продукти. Хоча всі хімічні реакції потребують початкового введення енергії, що називається енергією активації, деякі реакції призводять до чистого викиду енергії в навколишнє середовище, а інші призводять до чистого поглинання енергії з оточення. Остання ситуація називається ендергонічною реакцією.
Енергія реакції
Хіміки визначають свою реакційну посудину як "систему", а все інше у Всесвіті як "оточення". Тому, коли ендергонічна реакція поглинає енергію з оточення, енергія надходить у систему. Протилежний тип - це ексергонічна реакція, при якій енергія потрапляє у навколишнє середовище.
Перша частина будь-якої реакції завжди вимагає енергії, незалежно від типу реакції. Незважаючи на те, що спалювання деревини виділяє тепло і виникає мимовільно, як тільки воно починається, вам доведеться починати процес, додаючи енергію. Полум'я, яке ви додаєте для початку горіння деревини, забезпечує енергію активації.
Енергія активації
Щоб потрапити з боку реагенту на сторону продукту хімічного рівняння, ви повинні подолати бар'єр енергії активації. Кожна окрема реакція має характерний бар'єрний розмір. Висота бар'єру не має нічого спільного з тим, чи є реакція ендергонічною чи ексергонічною; наприклад, ексергонічна реакція може мати дуже високий бар'єр енергії активації, або навпаки.
Деякі реакції проходять у кілька етапів, кожен крок має власний бар'єр енергії активації для подолання.
Приклади
Синтетичні реакції, як правило, є ендергонічними, а реакції, що розщеплюють молекули, мають тенденцію до ексергонічності. Наприклад, процес приєднання амінокислот до отримання білка та утворення глюкози з вуглекислого газу під час фотосинтезу є і ендергонічними реакціями. Це має сенс, оскільки процеси, що будують більші структури, швидше за все потребують енергії. Зворотна реакція - наприклад, клітинне дихання глюкози у вуглекислий газ та воду - це екстрегонічний процес.
Каталізатори
Каталізатори можуть зменшити бар'єр енергії активації реакції. Вони роблять це, стабілізуючи проміжну структуру, яка існує між молекулою реагенту та молекулою продукту, що робить перетворення легшим. В основному каталізатор дає реагентам «тунель» з меншою енергією, який проходить крізь нього, полегшуючи потрапляння на сторону продукту енергетичного бар'єру активації. Існує багато видів каталізаторів, але деякі з найбільш відомих - це ферменти, каталізатори світу біології.
Спонтанність реакції
Незалежно від енергетичного бар'єру активації, спочатку виникають спонтанно лише ексергонічні реакції, оскільки вони виділяють енергію. Однак нам ще потрібно наростити м’язи та відремонтувати тіло, що є і ендергонічними процесами. Ми можемо керувати ендергонічним процесом, з'єднавши його з ергонічним процесом, який забезпечує достатню кількість енергії для відповідності різниці енергії між реагентами та продуктами.