- خصائص رد فعل مائي
- يزيد من الطاقة الحرة للنظام
- مكعب الثلج
- روابط المنتج الخاص بك أضعف
- يقترن بتفاعلات مفرطة
- أمثلة
- البناء الضوئي
- تخليق الجزيئات الحيوية والجزيئات الكبيرة
- تكوين الماس والمركبات الثقيلة من النفط الخام
- المراجع
و رد فعل ماص للطاقة واحد هو أن لا يمكن أن يحدث من تلقاء أنفسهم، ويتطلب أيضا إمدادات عالية من الطاقة. في الكيمياء ، هذه الطاقة بشكل عام من السعرات الحرارية. أشهر تفاعلات ماص للحرارة هي التفاعلات الماصة للحرارة ، أي تلك التي تمتص الحرارة لتحدث.
لماذا ليست كل ردود الفعل عفوية؟ لأنهم يتجهون إلى قوانين الديناميكا الحرارية: فهم يستهلكون الطاقة والأنظمة التي تشكلها الأنواع المعنية تقلل من إنتروبياهم ؛ أي ، للأغراض الكيميائية ، تصبح أكثر ترتيبًا جزيئيًا.
المصدر: Pxhere
بناء جدار من الطوب هو مثال على رد فعل مائي. الطوب وحده غير مضغوط بدرجة كافية لتشكيل جسم صلب. هذا لأنه لا يوجد مكسب للطاقة يعزز اتحاداتهم (ينعكس أيضًا في تفاعلاتهم المنخفضة المحتملة بين الجزيئات).
لذلك ، لبناء الجدار تحتاج إلى الأسمنت والقوى العاملة. هذه هي الطاقة ، ويصبح التفاعل غير التلقائي (لن يتم بناء الجدار تلقائيًا) ممكنًا إذا تم إدراك فائدة الطاقة (الاقتصادية ، في حالة الجدار).
إذا لم تكن هناك فائدة ، سينهار الجدار تحت أي اضطراب ، ولن يتمكن طوبه من الصمود. وينطبق الشيء نفسه على العديد من المركبات الكيميائية ، التي لا يمكن أن تتجمع وحدات بنائها تلقائيًا.
خصائص رد فعل مائي
ماذا لو أمكن بناء الجدار بشكل تلقائي؟ للقيام بذلك ، يجب أن تكون التفاعلات بين الطوب قوية جدًا ومستقرة ، بحيث لا يحتاج أي اسمنت أو شخص إلى طلبها ؛ بينما جدار القرميد ، على الرغم من مقاومته ، هو الأسمنت المتصلب الذي يربطهما معًا وليس مادة الطوب بشكل صحيح.
لذلك ، فإن الخصائص الأولى لرد فعل مائي هي:
- ليست عفوية
- يمتص الحرارة (أو أي نوع آخر من الطاقة)
ولماذا تمتص الطاقة؟ لأن منتجاتها تحتوي على طاقة أكثر من المواد المتفاعلة المشاركة في التفاعل. يمكن تمثيل ذلك بالمعادلة التالية:
ΔG = منتجات G -G التفاعلية
أين ΔG هو التغيير في طاقة جيبس الحرة. نظرًا لأن G Product أكبر (لأنه أكثر نشاطًا) من G الكواشف ، يجب أن يكون الطرح أكبر من الصفر (ΔG> 0). الصورة التالية تلخص ما تم شرحه للتو:
المصدر: غابرييل بوليفار
لاحظ الفرق بين حالات الطاقة بين المنتجات والمواد المتفاعلة (الخط الأرجواني). لذلك ، لا تصبح المواد المتفاعلة منتجات (أ + ب => ج) إذا لم يكن هناك امتصاص للحرارة أولاً.
يزيد من الطاقة الحرة للنظام
يرتبط كل تفاعل تفاعلي مع زيادة في طاقة جيبس الحرة للنظام. إذا كان من الصحيح بالنسبة لتفاعل معين أن ΔG> 0 ، فلن يكون ذلك تلقائيًا وسيتطلب مصدرًا للطاقة ليتم تنفيذه.
كيف تعرف رياضيًا ما إذا كان رد الفعل مسببًا للطاقة أم لا؟ تطبيق المعادلة التالية:
ΔG = ΔH - TΔS
حيث ΔH هي المحتوى الحراري للتفاعل ، أي إجمالي الطاقة المنبعثة أو الممتصة ؛ ΔS هو التغير في الإنتروبيا ، و T هي درجة الحرارة. عامل TΔS هو فقدان الطاقة غير المستخدم في تمدد أو ترتيب الجزيئات في مرحلة (صلبة أو سائلة أو غازية).
وبالتالي ، فإن ΔG هي الطاقة التي يمكن للنظام استخدامها للقيام بالعمل. نظرًا لأن ΔG لها علامة إيجابية للتفاعل المرن ، يجب تطبيق الطاقة أو العمل على النظام (المواد المتفاعلة) للحصول على المنتجات.
بعد ذلك ، بمعرفة قيم ΔH (موجب للتفاعل الماص للحرارة ، وسلبي للتفاعل الطارد للحرارة) ، و TΔS ، من الممكن معرفة ما إذا كان التفاعل مسببًا للطاقة. هذا يعني أنه على الرغم من أن التفاعل ماص للحرارة ، إلا أنه ليس بالضرورة مسببًا للطاقة.
مكعب الثلج
على سبيل المثال ، يذوب مكعب ثلج في ماء سائل ، ويمتص الحرارة ، مما يساعد على فصل جزيئاته ؛ ومع ذلك ، فإن العملية عفوية ، وبالتالي فهي ليست رد فعل مائي.
وماذا عن الموقف الذي تريد فيه إذابة الجليد عند درجة حرارة أقل بكثير من -100 درجة مئوية؟ في هذه الحالة ، يصبح مصطلح TΔS في معادلة الطاقة الحرة صغيرًا مقارنةً بـ ΔH (لأن T ينخفض) ، ونتيجة لذلك ، سيكون ΔG قيمة موجبة.
بعبارة أخرى: ذوبان الجليد تحت -100 درجة مئوية هو عملية مفعمة بالحيوية وليست تلقائية. حالة مماثلة هي تجميد الماء عند حوالي 50 درجة مئوية ، وهو أمر لا يحدث تلقائيًا.
روابط المنتج الخاص بك أضعف
خاصية أخرى مهمة ، مرتبطة أيضًا بـ ΔG ، هي طاقة الروابط الجديدة. تكون روابط المنتجات المتكونة أضعف من روابط المواد المتفاعلة. ومع ذلك ، فإن الانخفاض في قوة الرابطة يقابله مكسب جماعي ، وهو ما ينعكس في الخصائص الفيزيائية.
هنا تبدأ المقارنة مع جدار القرميد في فقدان المعنى. وفقًا لما سبق ، يجب أن تكون الروابط داخل الطوب أقوى من تلك الموجودة بينها وبين الأسمنت. ومع ذلك ، فإن الجدار ككل أكثر صلابة ومقاومة بسبب كتلته الأكبر.
سيتم شرح شيء مشابه في قسم الأمثلة ولكن مع السكر.
يقترن بتفاعلات مفرطة
إذا لم تكن ردود الفعل المندفعة عفوية ، فكيف تحدث في الطبيعة؟ ترجع الإجابة إلى الاقتران بردود فعل أخرى تلقائية تمامًا (exergonic) والتي تعزز تطورها بطريقة ما.
على سبيل المثال ، تمثل المعادلة الكيميائية التالية هذه النقطة:
A + B => C (تفاعل إندرجوني)
C + D => E (تفاعل طارد للطاقة)
رد الفعل الأول ليس تلقائيًا ، لذلك لا يمكن أن يحدث بشكل طبيعي. ومع ذلك ، فإن إنتاج C يسمح بحدوث التفاعل الثاني ، مما يؤدي إلى ظهور بكتيريا E.
إضافة طاقات جيبس الحرة للتفاعلين ، ΔG 1 و ΔG 2 ، بنتيجة أقل من الصفر (ΔG <0) ، عندها سيقدم النظام زيادة في الانتروبيا وبالتالي سيكون تلقائيًا.
إذا لم يتفاعل C مع D ، فلن يتمكن A أبدًا من تكوينه ، لأنه لا يوجد تعويض للطاقة (كما في حالة المال مع جدار القرميد). يقال بعد ذلك أن C و D "يسحبان" A و B للتفاعل ، على الرغم من أنه رد فعل مائي.
أمثلة
المصدر: Max Pixel
البناء الضوئي
تستخدم النباتات الطاقة الشمسية لإنتاج الكربوهيدرات والأكسجين من ثاني أكسيد الكربون والماء. CO 2 و O 2 ، جزيئات صغيرة مع روابط قوية، والسكريات النموذج، مع الهياكل حلقة، والتي هي أثقل، وأكثر صلابة، وتذوب عند درجة حرارة حوالي 186ºC.
لاحظ أن روابط CC و CH و CO أضعف من روابط O = C = O و O = O. ومن وحدة السكر ، يمكن للنبات أن يصنع السكريات ، مثل السليلوز.
تخليق الجزيئات الحيوية والجزيئات الكبيرة
ردود الفعل Endergonic هي جزء من عمليات الابتنائية. مثل الكربوهيدرات ، تتطلب الجزيئات الحيوية الأخرى ، مثل البروتينات والدهون ، آليات معقدة لا يمكن أن توجد بدونها والاقتران مع تفاعل التحلل المائي لـ ATP.
وبالمثل ، فإن عمليات التمثيل الغذائي مثل التنفس الخلوي ، وانتشار الأيونات عبر أغشية الخلايا ، ونقل الأكسجين عبر مجرى الدم هي أمثلة على تفاعلات الطاقة.
تكوين الماس والمركبات الثقيلة من النفط الخام
يتطلب الماس ضغوطًا ودرجات حرارة هائلة ، بحيث يمكن ضغط مكوناته في مادة صلبة بلورية.
ومع ذلك ، فإن بعض التبلورات تكون تلقائية ، على الرغم من أنها تحدث بسرعات بطيئة جدًا (لا علاقة للعفوية بحركية التفاعل).
أخيرًا ، يمثل النفط الخام بمفرده نتاجًا للتفاعلات العصبية ، خاصة الهيدروكربونات الثقيلة أو الجزيئات الكبيرة التي تسمى الأسفلتين.
هياكلها معقدة للغاية ، ويستغرق تركيبها وقتًا طويلاً (ملايين السنين) ، والحرارة والعمل البكتيري.
المراجع
- QuimiTube. (2014). ردود الفعل Endergonic و exergonic. تم الاسترجاع من: quimitube.com
- أكاديمية خان. (2018). طاقة حرة. تم الاسترجاع من: es.khanacademy.org
- قاموس الأحياء. (2017). تعريف رد الفعل endergonic. تم الاسترجاع من: biologydictionary.net
- لوجي ، ماري. (18 مايو 2018). ما هو رد فعل Endergonic؟ علم. تم الاسترجاع من: sciencing.com
- هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (22 يونيو 2018). Endergonic مقابل Exergonic (مع أمثلة). تم الاسترجاع من: thinkco.com
- ارينجتون د. (2018). رد فعل Endergonic: التعريف والأمثلة. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com
- Audersirk بايرز. (2009). الحياة على الارض. ما هي الطاقة؟. تم الاسترجاع من: hhh.gavilan.edu