При хімічній реакції вихідні речовини, звані реагентами, перетворюються на продукти. Хоча всі хімічні реакції вимагають початкового введення енергії, що називається енергія активації, деякі реакції призводять до чистого викиду енергії в навколишнє середовище, а інші - до чистого поглинання енергії з оточення. Остання ситуація називається ендергонічною реакцією.
Енергія реакції
Хіміки визначають свій реакційний посудину як "систему", а все інше у Всесвіті як "оточення". Отже, коли ендергонічна реакція поглинає енергію з навколишнього середовища, енергію входить в систему. Протилежний тип - ексергонічна реакція, при якій енергія потрапляє в навколишнє середовище.
Перша частина будь-якої реакції завжди вимагає енергії, незалежно від типу реакції. Незважаючи на те, що спалювання деревини віддає тепло і мимовільно відбувається, як тільки воно починається, вам все-таки доведеться починати процес, додаючи енергію. Полум’я, яке ви додаєте для початку горіння деревини, забезпечує енергію активації.
Енергія активації
Щоб перейти зі сторони реагенту на сторону продукту хімічного рівняння, потрібно подолати бар’єр енергії активації. Кожна окрема реакція має характерний бар’єрний розмір. Висота бар’єру не має нічого спільного з тим, чи є реакція ендергонічною чи ексергонічною; наприклад, ексергонічна реакція може мати дуже високий енергетичний бар'єр активації, або навпаки.
Деякі реакції відбуваються в кілька етапів, при цьому кожен крок має свій власний енергетичний бар’єр для подолання.
Приклади
Синтетичні реакції, як правило, є ендергонічними, а реакції, що розщеплюють молекули, мають тенденцію до ексергонічних. Наприклад, процес приєднання амінокислот до білка та утворення глюкози з вуглекислого газу під час фотосинтезу є ендергонічними реакціями. Це має сенс, оскільки процеси, що будують більші структури, швидше за все потребують енергії. Зворотна реакція - наприклад, клітинне дихання глюкози на вуглекислий газ і воду - це ексергонічний процес.
Каталізатори
Каталізатори можуть зменшити енергетичний бар'єр активації реакції. Вони роблять це шляхом стабілізації проміжної структури, яка існує між структурою реагенту та молекулами продукту, що полегшує перетворення. В основному каталізатор дає реагентам "тунель" з меншою енергією для проходження, полегшуючи проникнення на сторону продукту енергетичного бар'єру активації. Існує багато типів каталізаторів, але одні з найвідоміших - це ферменти, каталізатори світу біології.
Спонтанність реакції
Незалежно від активаційного енергетичного бар'єру, лише ексергонічні реакції виникають спонтанно, оскільки вони віддають енергію. Проте нам все ще потрібно нарощувати м’язи та відновлювати наше тіло, що є одночасно ендергонічними процесами. Ми можемо керувати ендергонічним процесом, поєднуючи його з ексергонічним процесом, який забезпечує достатньо енергії, щоб відповідати різниці в енергії між реагентами та продуктами.
