REAZIONE ENDOGONICA: CARATTERISTICHE, ESEMPI - CHIMICA - 2026

Una reazione endergonica è quella che non può verificarsi spontaneamente e richiede anche un elevato apporto di energia. In chimica, questa energia è generalmente calorica. Le più note di tutte le reazioni endergoniche sono le reazioni endotermiche, cioè quelle che assorbono il calore per verificarsi.

Perché non tutte le reazioni sono spontanee? Perché salgono alle leggi della termodinamica: consumano energia ei sistemi formati dalle specie coinvolte ne diminuiscono l'entropia; cioè, per scopi chimici, diventano più ordinati molecolarmente.

Fonte: Pxhere

La costruzione di un muro di mattoni è un esempio di reazione endergonica. I mattoni da soli non si compattano abbastanza da formare un corpo solido. Questo perché non c'è guadagno di energia che promuove le loro unioni (riflesso anche nelle loro possibili interazioni intermolecolari basse).

Quindi per costruire il muro servono cemento e forza lavoro. Questa è energia, e la reazione non spontanea (il muro non verrà costruito automaticamente) diventa possibile se si percepisce un beneficio energetico (economico, nel caso del muro).

Se non ci sono benefici, il muro crollerà per qualsiasi disturbo ei suoi mattoni non saranno mai in grado di restare uniti. Lo stesso vale per molti composti chimici, i cui elementi costitutivi non possono unirsi spontaneamente.

Caratteristiche di una reazione endergonica

E se il muro potesse essere costruito spontaneamente? Per fare questo le interazioni tra i mattoni devono essere molto forti e stabili, tanto che nessun cemento o una persona avrà bisogno di ordinarli; mentre il muro di mattoni, sebbene sia resistente, è il cemento indurito che li tiene insieme e non propriamente il materiale dei mattoni.

Pertanto, le prime caratteristiche di una reazione endergonica sono:

-Non è spontaneo

-Assorbe il calore (o un altro tipo di energia)

E perché assorbe energia? Perché i loro prodotti hanno più energia dei reagenti coinvolti nella reazione. Questo può essere rappresentato dalla seguente equazione:

ΔG = G _{prodotti reattivi} -G

Dove ΔG è la variazione dell'energia libera di Gibbs. Poiché il _prodotto G è maggiore (perché è più energetico) dei _reagenti G , la sottrazione deve essere maggiore di zero (ΔG> 0). L'immagine seguente riassume ulteriormente quanto appena spiegato:

Fonte: Gabriel Bolívar

Notare la differenza tra gli stati energetici tra i prodotti e i reagenti (linea viola). Pertanto, i reagenti non diventano prodotti (A + B => C) se prima non c'è assorbimento di calore.

Aumenta l'energia libera del sistema

Ogni reazione endergonica è associata ad un aumento dell'energia libera di Gibbs del sistema. Se per una certa reazione è vero che ΔG> 0, allora non sarà spontaneo e richiederà un apporto di energia per essere effettuato.

Come sapere matematicamente se una reazione è endergonica o no? Applicando la seguente equazione:

ΔG = ΔH - TΔS

Dove ΔH è l'entalpia della reazione, cioè l'energia totale rilasciata o assorbita; ΔS è la variazione di entropia e T è la temperatura. Il fattore TΔS è la perdita di energia non utilizzata nell'espansione o nella disposizione delle molecole in una fase (solida, liquida o gassosa).

Quindi, ΔG è l'energia che il sistema può utilizzare per lavorare. Poiché ΔG ha un segno positivo per una reazione endergonica, è necessario applicare energia o lavoro al sistema (i reagenti) per ottenere i prodotti.

Quindi, conoscendo i valori di ΔH (positivo, per una reazione endotermica, e negativo, per una reazione esotermica), e TΔS, è possibile sapere se la reazione è endergonica. Ciò significa che sebbene una reazione sia endotermica, non è necessariamente endergonica .

Il cubetto di ghiaccio

Ad esempio, un cubetto di ghiaccio si scioglie in acqua liquida, assorbendo calore, che aiuta a separare le sue molecole; tuttavia, il processo è spontaneo e quindi non è una reazione endergonica.

E che dire della situazione in cui si desidera sciogliere il ghiaccio a una temperatura ben al di sotto di -100 ° C? In questo caso, il termine TΔS nell'equazione dell'energia libera diventa piccolo rispetto a ΔH (perché T diminuisce) e, di conseguenza, ΔG avrà un valore positivo.

In altre parole: lo scioglimento del ghiaccio sotto i -100ºC è un processo endergonico e non è spontaneo. Un caso simile è quello del congelamento dell'acqua intorno ai 50 ° C, cosa che non avviene spontaneamente.

I collegamenti del tuo prodotto sono più deboli

Un'altra caratteristica importante, correlata anche a ΔG, è l'energia dei nuovi legami. I legami dei prodotti formati sono più deboli di quelli dei reagenti. Tuttavia, la diminuzione della forza dei legami è compensata da un aumento di massa, che si riflette nelle proprietà fisiche.

Qui il confronto con il muro di mattoni comincia a perdere significato. Secondo quanto sopra, i legami all'interno dei mattoni devono essere più forti di quelli tra questi e il cemento. Tuttavia, il muro nel suo insieme è più rigido e resistente a causa della sua maggiore massa.

Qualcosa di simile verrà spiegato nella sezione degli esempi ma con lo zucchero.

È accoppiato con reazioni esergoniche

Se le reazioni endergoniche non sono spontanee, come avvengono in natura? La risposta è dovuta all'accoppiamento con altre reazioni che sono abbastanza spontanee (esergoniche) e che in qualche modo ne favoriscono lo sviluppo.

Ad esempio, la seguente equazione chimica rappresenta questo punto:

A + B => C (reazione endergonica)

C + D => E (reazione esergonica)

La prima reazione non è spontanea, quindi naturalmente non potrebbe verificarsi. Tuttavia, la produzione di C consente il verificarsi della seconda reazione, causando E.

Sommando le energie libere di Gibbs per le due reazioni, ΔG ₁ e ΔG ₂ , con un risultato inferiore a zero (ΔG <0), il sistema presenterà un aumento di entropia e quindi sarà spontaneo.

Se C non reagisse con D, A non potrebbe mai formarlo, perché non c'è compensazione energetica (come nel caso del denaro con il muro di mattoni). Si dice quindi che C e D "spingono" A e B a reagire, anche se è una reazione endergonica.

Esempi

Fonte: Max Pixel

Fotosintesi

Le piante usano l'energia solare per creare carboidrati e ossigeno dall'anidride carbonica e dall'acqua. CO ₂ e O ₂ , piccole molecole con forti legami, formano zuccheri, con strutture ad anello, che sono più pesanti, più solide e fondono a una temperatura di circa 186 ° C.

Si noti che i legami CC, CH e CO sono più deboli di quelli di O = C = O e O = O. E da un'unità di zucchero, la pianta può sintetizzare polisaccaridi, come la cellulosa.

Sintesi di biomolecole e macromolecole

Le reazioni di Endergonic fanno parte dei processi anabolici. Come i carboidrati, altre biomolecole, come proteine ​​e lipidi, richiedono meccanismi complessi che, senza di essi e accoppiandosi con la reazione di idrolisi dell'ATP, non potrebbero esistere.

Allo stesso modo, i processi metabolici come la respirazione cellulare, la diffusione di ioni attraverso le membrane cellulari e il trasporto di ossigeno attraverso il flusso sanguigno sono esempi di reazioni endergoniche.

La formazione di diamanti e composti pesanti dal petrolio greggio

I diamanti richiedono pressioni e temperature enormi, in modo che i loro componenti possano essere compattati in un solido cristallino.

Tuttavia, alcune cristallizzazioni sono spontanee, sebbene avvengano a velocità molto basse (la spontaneità non ha alcuna relazione con la cinetica della reazione).

Infine, il petrolio greggio da solo rappresenta un prodotto di reazioni endergoniche, in particolare idrocarburi pesanti o macromolecole chiamate asfalteni.

Le sue strutture sono molto complesse e la loro sintesi richiede molto tempo (milioni di anni), calore e azione batterica.

Riferimenti

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