Aktivierungsenergie in einer endergonischen Reaktion

Bei einer chemischen Reaktion werden die Ausgangsstoffe, sogenannte Reaktanten, in Produkte umgewandelt. Während alle chemischen Reaktionen eine anfängliche Energiezufuhr erfordern, die als Aktivierungsenergie, führen einige Reaktionen zu einer Nettoabgabe von Energie an die Umgebung und andere zu einer Nettoabsorption von Energie aus der Umgebung. Letztere Situation wird als endergonische Reaktion bezeichnet.

Chemiker definieren ihr Reaktionsgefäß als „System“ und alles andere im Universum als das "Umfeld." Wenn also eine endergonische Reaktion Energie aus der Umgebung aufnimmt, wird die Energie dringt in das System ein. Der umgekehrte Typ ist eine exergonische Reaktion, bei der Energie an die Umgebung abgegeben wird.

Der erste Teil einer Reaktion erfordert immer Energie, unabhängig vom Reaktionstyp. Auch wenn das Verbrennen von Holz Wärme abgibt und spontan auftritt, wenn es einmal begonnen hat, müssen Sie den Prozess durch Energiezufuhr starten. Die Flamme, die Sie zum Starten der Holzverbrennung hinzufügen, liefert die Aktivierungsenergie.

Um von der Reaktantenseite zur Produktseite der chemischen Gleichung zu gelangen, müssen Sie die Aktivierungsenergiebarriere überwinden. Jede einzelne Reaktion hat eine charakteristische Barrieregröße. Die Höhe der Barriere hat nichts damit zu tun, ob die Reaktion endergonisch oder exergonisch ist; zum Beispiel kann eine exergonische Reaktion eine sehr hohe Aktivierungsenergiebarriere haben oder umgekehrt.

Einige Reaktionen laufen in mehreren Schritten ab, wobei jeder Schritt seine eigene Aktivierungsenergiebarriere zu überwinden hat.

Synthetische Reaktionen neigen dazu, endergonisch zu sein, und Reaktionen, die Moleküle abbauen, neigen dazu, exergonisch zu sein. Zum Beispiel sind der Prozess der Aminosäurenverbindung zu einem Protein und die Bildung von Glukose aus Kohlendioxid während der Photosynthese beides endergonische Reaktionen. Dies ist sinnvoll, da Prozesse, die größere Strukturen aufbauen, wahrscheinlich Energie benötigen. Die umgekehrte Reaktion – zum Beispiel die Zellatmung von Glucose in Kohlendioxid und Wasser – ist ein exergonischer Prozess.

Katalysatoren können die Aktivierungsenergiebarriere einer Reaktion reduzieren. Sie tun dies, indem sie die Zwischenstruktur zwischen Edukt- und Produktmolekülen stabilisieren und so die Umwandlung erleichtern. Grundsätzlich gibt der Katalysator den Reaktanten einen „Tunnel“ mit niedrigerer Energie, durch den sie hindurchgehen können, wodurch es einfacher wird, auf die Produktseite der Aktivierungsenergiebarriere zu gelangen. Es gibt viele Arten von Katalysatoren, aber einige der bekanntesten sind Enzyme, Katalysatoren der Biologie.

Unabhängig von der Aktivierungsenergiebarriere treten spontan nur exergonische Reaktionen auf, da sie Energie abgeben. Dennoch müssen wir immer noch Muskeln aufbauen und unseren Körper reparieren, beides endergonische Prozesse. Wir können einen endergonischen Prozess antreiben, indem wir ihn mit einem exergonischen Prozess koppeln, der genügend Energie liefert, um den Energieunterschied zwischen Reaktanten und Produkten auszugleichen.