Energia di attivazione in una reazione endergonica

In una reazione chimica, i materiali di partenza, chiamati reagenti, vengono convertiti in prodotti. Mentre tutte le reazioni chimiche richiedono un input di energia iniziale, denominato energia di attivazione, alcune reazioni determinano un netto rilascio di energia nell'ambiente circostante e altre determinano un netto assorbimento di energia dall'ambiente circostante. Quest'ultima situazione è chiamata reazione endoergonica.

I chimici definiscono il loro recipiente di reazione come il "sistema" e tutto il resto nell'universo come il "dintorni." Pertanto, quando una reazione endorgonica assorbe energia dall'ambiente circostante, l'energia entra nel sistema. Il tipo opposto è una reazione esoergonica, in cui l'energia viene rilasciata nell'ambiente circostante.

La prima parte di qualsiasi reazione richiede sempre energia, indipendentemente dal tipo di reazione. Anche se la combustione della legna emette calore e si verifica spontaneamente una volta avviata, è necessario avviare il processo aggiungendo energia. La fiamma che aggiungi per avviare la combustione del legno fornisce l'energia di attivazione.

Per passare dal lato reagente al lato prodotto dell'equazione chimica, è necessario superare la barriera dell'energia di attivazione. Ogni singola reazione ha una dimensione caratteristica della barriera. L'altezza della barriera non ha nulla a che fare con il fatto che la reazione sia endorgonica o esoergonica; ad esempio, una reazione esoergonica può avere una barriera energetica di attivazione molto alta, o viceversa.

Alcune reazioni avvengono in più fasi, ognuna delle quali ha la propria barriera energetica di attivazione da superare.

Le reazioni sintetiche tendono ad essere endergoniche e le reazioni che scompongono le molecole tendono ad essere esoergoniche. Ad esempio, il processo di unione degli amminoacidi per formare una proteina e la formazione di glucosio dall'anidride carbonica durante la fotosintesi sono entrambe reazioni endergoniche. Ciò ha senso, poiché è probabile che i processi che costruiscono strutture più grandi richiedano energia. La reazione inversa, ad esempio la respirazione cellulare del glucosio in anidride carbonica e acqua, è un processo esoergonico.

I catalizzatori possono ridurre la barriera energetica di attivazione di una reazione. Lo fanno stabilizzando la struttura intermedia che esiste tra quella del reagente e le molecole del prodotto, facilitando la conversione. Fondamentalmente, il catalizzatore fornisce ai reagenti un "tunnel" a bassa energia da attraversare, rendendo più facile l'accesso al lato prodotto della barriera energetica di attivazione. Esistono molti tipi di catalizzatori, ma alcuni dei più noti sono gli enzimi, catalizzatori del mondo della biologia.

Indipendentemente dalla barriera energetica di attivazione, solo le reazioni esoergoniche si verificano spontaneamente, perché sprigionano energia. Tuttavia, abbiamo ancora bisogno di costruire muscoli e riparare i nostri corpi, che sono entrambi processi endorgonici. Possiamo guidare un processo endoergonico accoppiandolo con un processo esoergonico che fornisce energia sufficiente per abbinare la differenza di energia tra reagenti e prodotti.