В химической реакции исходные материалы, называемые реагентами, превращаются в продукты. Хотя все химические реакции требуют начального ввода энергии, называемого энергия активации, некоторые реакции приводят к чистому высвобождению энергии в окружающую среду, а другие - к чистому поглощению энергии из окружающей среды. Последняя ситуация называется эндергонической реакцией.
Энергия реакции
Химики определяют свой реакционный сосуд как «систему», а все остальное во Вселенной - как "окружение". Следовательно, когда эндергоническая реакция поглощает энергию из окружающей среды, энергия входит в систему. Противоположный тип - это экзергоническая реакция, при которой энергия выделяется в окружающую среду.
Первая часть любой реакции всегда требует энергии, независимо от типа реакции. Несмотря на то, что при сжигании дров выделяется тепло и происходит самопроизвольно, как только оно началось, вам все же нужно начинать процесс с добавления энергии. Пламя, которое вы добавляете, чтобы начать горение дров, обеспечивает энергию активации.
Энергия активации
Чтобы перейти от реагирующей стороны к производной в химическом уравнении, необходимо преодолеть энергетический барьер активации. Каждая индивидуальная реакция имеет характерный размер барьера. Высота барьера не имеет ничего общего с тем, является ли реакция эндергонической или экзергонической; например, экзергоническая реакция может иметь очень высокий энергетический барьер активации или наоборот.
Некоторые реакции протекают в несколько этапов, и на каждом этапе необходимо преодолеть собственный энергетический барьер активации.
Примеры
Синтетические реакции обычно носят эндергонический характер, а реакции разрушения молекул - экзэргонические. Например, процесс соединения аминокислот с образованием белка и образование глюкозы из углекислого газа во время фотосинтеза являются эндергоническими реакциями. Это имеет смысл, поскольку процессы, которые создают более крупные конструкции, могут потребовать энергии. Обратная реакция - например, клеточное дыхание глюкозы на углекислый газ и воду - представляет собой экзергонический процесс.
Катализаторы
Катализаторы могут снизить энергетический барьер активации реакции. Они делают это за счет стабилизации промежуточной структуры, которая существует между структурой реагента и молекул продукта, облегчая преобразование. По сути, катализатор дает реагентам "туннель" с более низкой энергией, через который они проходят, облегчая попадание на сторону продукта энергетического барьера активации. Есть много типов катализаторов, но некоторые из самых известных - это ферменты, катализаторы в мире биологии.
Спонтанность реакции
Независимо от энергетического барьера активации, спонтанно протекают только экзергонические реакции, поскольку они выделяют энергию. Тем не менее, нам все еще нужно наращивать мышцы и восстанавливать свое тело, и оба эти процесса являются эндергоническими. Мы можем управлять эндергоническим процессом, связав его с экзэргоническим процессом, который обеспечивает достаточно энергии, чтобы соответствовать разнице в энергии между реагентами и продуктами.