W reakcji chemicznej materiały wyjściowe, zwane reagentami, są przekształcane w produkty. Podczas gdy wszystkie reakcje chemiczne wymagają początkowego wkładu energii, określanego jako energia aktywacji, niektóre reakcje powodują uwolnienie netto energii do otoczenia, a inne powodują absorpcję netto energii z otoczenia. Ta ostatnia sytuacja nazywana jest reakcją endergoniczną.
Energia reakcji
Chemicy określają swoje naczynie reakcyjne jako „system”, a wszystko inne we wszechświecie jako "okolica." Dlatego, gdy reakcja endergoniczna pochłania energię z otoczenia, energia wchodzi do systemu. Odwrotnym typem jest reakcja egzergiczna, w której energia zostaje uwolniona do otoczenia.
Pierwsza część każdej reakcji zawsze wymaga energii, bez względu na rodzaj reakcji. Mimo, że spalanie drewna wydziela ciepło i samoistnie pojawia się po jego rozpoczęciu, proces ten trzeba rozpocząć od dodania energii. Płomień, który dodajesz, aby rozpocząć spalanie drewna, zapewnia energię aktywacji.
Energia aktywacji
Aby przejść od strony reagenta do strony produktu równania chemicznego, musisz pokonać barierę energii aktywacji. Każda indywidualna reakcja ma charakterystyczną wielkość bariery. Wysokość bariery nie ma nic wspólnego z tym, czy reakcja jest endergoniczna, czy egzergiczna; na przykład reakcja egzergiczna może mieć bardzo wysoką barierę energii aktywacji lub odwrotnie.
Niektóre reakcje zachodzą wieloetapowo, przy czym każdy krok ma do pokonania własną barierę energii aktywacji.
Przykłady
Reakcje syntetyczne są zazwyczaj endergoniczne, a reakcje, które rozkładają cząsteczki, są zazwyczaj egzergiczne. Na przykład proces łączenia aminokwasów w białko oraz tworzenie glukozy z dwutlenku węgla podczas fotosyntezy to reakcje endergoniczne. Ma to sens, ponieważ procesy, które budują większe struktury, prawdopodobnie będą wymagały energii. Reakcja odwrotna – na przykład komórkowe oddychanie glukozy do dwutlenku węgla i wody – jest procesem egzergicznym.
Katalizatory
Katalizatory mogą zmniejszyć barierę energii aktywacji reakcji. Robią to, stabilizując strukturę pośrednią, która istnieje między cząsteczkami reagenta i produktu, co ułatwia konwersję. Zasadniczo katalizator daje reagentom „tunel” o niższej energii do przejścia, co ułatwia dotarcie do strony produktu bariery energii aktywacji. Istnieje wiele rodzajów katalizatorów, ale do najbardziej znanych należą enzymy, katalizatory świata biologii.
Reakcja Spontaniczność
Niezależnie od bariery energii aktywacji, spontanicznie zachodzą jedynie reakcje egzoergiczne, ponieważ wydzielają one energię. Jednak nadal musimy budować mięśnie i naprawiać nasze ciała, które są procesami endergonicznymi. Możemy sterować procesem endergonicznym, łącząc go z procesem egzergicznym, który zapewnia wystarczającą ilość energii, aby zrównoważyć różnicę energii między substratami a produktami.