Aktiveringsenergi i en endergonisk reaktion

I en kemisk reaktion omvandlas utgångsmaterialen, kallade reaktanter, till produkter. Medan alla kemiska reaktioner kräver en initial energitillförsel, kallad aktiverings energi, vissa reaktioner resulterar i en nettoutsläpp av energi till omgivningen, och andra resulterar i en nettoabsorption av energi från omgivningen. Den senare situationen kallas en endergonisk reaktion.

Kemister definierar sitt reaktionskärl som "systemet" och allt annat i universum som "miljö." Därför, när en endergonisk reaktion absorberar energi från omgivningen, energin går in i systemet. Den motsatta typen är en exergonisk reaktion, där energi släpps ut i omgivningen.

Den första delen av varje reaktion kräver alltid energi, oavsett reaktionstyp. Även om bränning av ved avger värme och uppträder spontant när det börjar, måste du starta processen genom att lägga till energi. Lågan du lägger till för att starta vedeldningen ger aktiveringsenergin.

För att komma från reaktantsidan till produktsidan av den kemiska ekvationen måste du övervinna aktiveringsenergibarriären. Varje enskild reaktion har en karakteristisk barriärstorlek. Barriärens höjd har ingenting att göra med om reaktionen är endergonisk eller exergonisk; till exempel kan en exergonisk reaktion ha en mycket hög aktiveringsenergibarriär, eller vice versa.

Vissa reaktioner äger rum i flera steg, varvid varje steg har sin egen aktiveringsenergibarriär att övervinna.

Syntetiska reaktioner tenderar att vara endergoniska, och reaktioner som bryter ner molekyler tenderar att vara exergoniska. Till exempel är processen att aminosyror förenas för att skapa ett protein och bildandet av glukos från koldioxid under fotosyntes båda endergoniska reaktioner. Detta är vettigt, eftersom processer som bygger större strukturer sannolikt kräver energi. Den omvända reaktionen - till exempel cellulär andning av glukos i koldioxid och vatten - är en exergonisk process.

Katalysatorer kan minska aktiveringsenergibarriären för en reaktion. De gör det genom att stabilisera den mellanliggande strukturen som finns mellan reaktant- och produktmolekylerna, vilket gör omvandlingen enklare. I grund och botten ger katalysatorn reaktanterna en "energi" med lägre energi att passera genom, vilket gör det lättare att komma till produktsidan av aktiveringsenergibarriären. Det finns många typer av katalysatorer, men några av de mest kända är enzymer, katalysatorer från biologivärlden.

Oavsett aktiveringsenergibarriär uppträder endast exergoniska reaktioner spontant eftersom de avger energi. Ändå behöver vi fortfarande bygga muskler och reparera våra kroppar, som båda är endergoniska processer. Vi kan driva en endergonisk process genom att koppla den till en exergonisk process som ger tillräckligt med energi för att matcha skillnaden i energi mellan reaktanter och produkter.