Эндергоническая реакция

редактировать

Эндергоническая реакция (например, фотосинтез) - это реакция, для управления которой требуется энергия. Эндергонический (от префикса эндо-, производного от греческого слова ἔνδον endon, «внутри», и греческого слова ἔργον ergon, «работа ») означает «поглощение энергии в форме работы ". Энергия активации реакции обычно больше, чем полная энергия экзергонической реакции (1). Эндергонические реакции не являются спонтанными. Ход реакции показан линией. Изменение свободной энергии Гиббса (ΔG) во время эндергонической реакции является положительным значением, поскольку энергия приобретается (2).

В химической термодинамике, эндергонической реакции (также называемой поглощение тепла неспонтанная реакция или неблагоприятная реакция ) - это химическая реакция, в которой стандартное изменение свободной энергии является положительным, и для выполнения этой реакции требуется дополнительная движущая сила. С точки зрения непрофессионала, общее количество полезной энергии отрицательно (для начала реакции требуется больше энергии, чем получено из нее), поэтому общая энергия является отрицательным чистым результатом. Для получения общего увеличения чистого результата см. экзергоническая реакция. Другими словами, полезная энергия должна быть поглощена из окружающей среды в работоспособную систему, чтобы реакция произошла.

В условиях постоянной температуры и постоянного давления это означает, что изменение стандартной свободной энергии Гиббса будет положительным,

Δ G ∘>0 {\ displaystyle \ Delta G ^ {\ circ}>0}

\Delta G^{\circ }>0

для реакции в стандартном состоянии (то есть при стандартном давлении (1 бар ) и стандартных концентрациях (1 моляр ) все реагенты).

В метаболизме эндергонический процесс является анаболическим, что означает, что энергия накапливается; во многих таких анаболических процессах энергия доставляется путем связывания реакции в аденозинтрифосфат (АТФ) и, как следствие, приводит к высокоэнергетическому, отрицательно заряженному органическому фосфату и положительному аденозиндифосфату.

Содержание

1 Константа равновесия
2 Свободная энергия Гиббса для эндергонических реакции
3 Возникновение эндергонических реакций
- 3. 1 Pull
- 3.2 Push
4 См. Также

Константа равновесия

Константа равновесия для реакции связана с ΔG ° соотношением:

K = е - Δ G ∘ RT {\ displaystyle K = e ^ {- {\ frac {\ Delta G ^ {\ circ}} {RT}}}}

K = e ^ {{- {\ frac {\ Delta G ^ {\ circ}} {RT}}}}

где T - абсолютная температура и R - газовая постоянная. Таким образом, положительное значение ΔG ° подразумевает

K < 1 {\displaystyle K<1\,}

K <1 \,

, так что, исходя из молярных стехиометрических количеств, такая реакция будет двигаться назад к равновесию, а не вперед.

Тем не менее, эндергонические реакции довольно распространены в природе, особенно в биохимии и физиологии. Примеры эндергонических реакций в клетках включают синтез белка и Na / K-насос, который управляет нервной проводимостью и сокращением мышц.

свободной энергией Гиббса. для эндергонических реакций

Все физические и химические системы во Вселенной следуют второму закону термодинамики и движутся в нисходящем, то есть экзергоническом, направлении. Таким образом, предоставленная самой себе, любая физическая или химическая система будет действовать, согласно второму закону термодинамики, в направлении, которое имеет тенденцию понижать свободную энергию системы и, таким образом, расходовать энергию в форме работы. Эти реакции происходят спонтанно.

Химическая реакция является эндергонической, когда не является спонтанной. Таким образом, в реакции этого типа увеличивается свободная энергия Гиббса. энтропия включается в любое изменение свободной энергии Гиббса. Это отличается от эндотермической реакции, где энтропия не включена. Свободная энергия Гиббса рассчитывается с помощью уравнения Гиббса – Гельмгольца :

Δ G = Δ H - T ⋅ Δ S {\ displaystyle \ Delta G = \ Delta HT \ cdot \ Delta S}

{\ displaystyle \ Delta G = \ Delta HT \ cdot \ Delta S}

где:

T = температура в кельвинах (K)

ΔG = изменение свободной энергии Гиббса

ΔS = изменение энтропии (при 298 K) как ΔS = Σ {S (Продукт )} - Σ {S (Реагент )}

ΔH = изменение энтальпии (при 298 K) как ΔH = Σ {H (Продукт)} - Σ {H (Реагент))}

Химическая реакция протекает не спонтанно, когда свободная энергия Гиббса увеличивается, в этом случае ΔG положительно. В экзергонических реакциях ΔG отрицательно, а в эндергонических реакциях ΔG положительно:

Δ RG < 0 {\displaystyle \Delta _{\mathrm {R} }G<0}

{\ displaystyle \ Delta _ {\ mathrm {R}} G <0}

exergon

Δ RG>0 {\ displaystyle \ Delta _ {\ mathrm {R}} G>0}

\Delta _{\mathrm {R} }G>0

endergon

где:

Δ RG {_ \ displaystyle {R}} G}

{\ displaystyle \ Delta _ {\ mathrm {R}} G}

равно изменению свободной энергии Гиббса после c завершение химической реакции.

Проведение эндергонических реакций

Эндергонические реакции могут быть достигнуты, если их либо подталкивает, либо подталкивает экзергоник (стабильность увеличивается, отрицательное изменение в свободная энергия ) процесс. Конечно, во всех случаях результирующая реакция всей системы (изучаемая реакция плюс реакция выталкивателя или выталкивателя) является экзергонической.

Вытягивание

Реагенты могут вытягиваться посредством эндергонической реакции, если продукты реакции быстро удаляются в результате последующей экзэргонической реакции. Таким образом, концентрация продуктов эндергонической реакции всегда остается низкой, поэтому реакция может продолжаться.

Классическим примером этого может быть первая стадия реакции, которая протекает через переходное состояние. Процесс выхода на вершину энергетического барьера активации в переходное состояние является эндергоническим. Однако реакция может продолжаться, потому что, достигнув переходного состояния, она быстро эволюционирует посредством эксергонического процесса к более стабильным конечным продуктам.

Push

Эндергонические реакции можно подтолкнуть, связав их с другой реакцией, которая является сильно экзэргонической, через общий промежуточный продукт.

Часто именно так протекают биологические реакции. Например, сама по себе реакция

X + Y ⟶ X Y {\ displaystyle X + Y \ longrightarrow XY}

X + Y \ longrightarrow XY

может быть слишком эндергонической, чтобы произойти. Однако это можно сделать, связав его с сильно экзэргонической реакцией, такой как, очень часто, разложение АТФ на АДФ и ионы неорганического фосфата, АТФ → АДФ + P i, так что

X + ATP ⟶ XP + ADP {\ displaystyle X + {\ mathit {ATP}} \ longrightarrow {\ mathit {XP}} + {\ mathit {ADP}} }

X + {\ mathit {ATP}} \ longrightarrow {\ mathit {XP}} + {\ mathit {ADP}}

XP + Y ⟶ XY + P i {\ displaystyle {\ mathit {XP}} + Y \ longrightarrow {\ mathit {XY}} + P_ {i}}

{\ mathit {XP}} + Y \ longrightarrow {\ mathit {XY}} + P_ {i}

Такая реакция с ATP разложение, обеспечивающее свободную энергию, необходимую для возникновения эндергонической реакции, настолько распространено в биохимии клетки, что АТФ часто называют «универсальной энергетической валютой» всех живых организмов.

См. Также