Inhoud
In een chemische reactie worden de uitgangsmaterialen, reactanten genoemd, omgezet in producten. Hoewel alle chemische reacties een initiële energie-invoer vereisen, de activeringsenergie genoemd, leiden sommige reacties tot een netto afgifte van energie in de omgeving, en andere resulteren in een netto-absorptie van energie uit de omgeving. De laatste situatie wordt een endergonische reactie genoemd.
Reactie energie
Chemici definiëren hun reactievat als het 'systeem' en al het andere in het universum als de 'omgeving'. Daarom, wanneer een endergonische reactie energie uit de omgeving absorbeert, komt de energie het systeem binnen. Het tegenovergestelde type is een exergonische reactie, waarbij energie wordt afgegeven aan de omgeving.
Het eerste deel van elke reactie vereist altijd energie, ongeacht het reactietype. Hoewel brandend hout warmte afgeeft en spontaan optreedt als het eenmaal is gestart, moet je het proces starten door energie toe te voegen. De vlam die u toevoegt om het hout te laten branden, zorgt voor de activeringsenergie.
Activeringsenergie
Om van de reactantzijde naar de productzijde van de chemische vergelijking te komen, moet u de activeringsenergiebarrière overwinnen. Elke individuele reactie heeft een karakteristieke barrièremaat. De hoogte van de barrière heeft niets te maken met of de reactie endergonisch of exergonisch is; een exergonische reactie kan bijvoorbeeld een zeer hoge activeringsenergiebarrière hebben, of vice versa.
Sommige reacties vinden plaats in meerdere stappen, waarbij elke stap zijn eigen activeringsenergiebarrière heeft om te overwinnen.
Voorbeelden
Synthetische reacties zijn meestal endergonaal, en reacties die moleculen afbreken, zijn meestal exergonisch. Bijvoorbeeld, het proces waarbij aminozuren samenkomen om een eiwit te maken en de vorming van glucose uit kooldioxide tijdens fotosynthese zijn beide endergonale reacties. Dit is logisch, omdat processen die grotere structuren bouwen waarschijnlijk energie nodig hebben. De omgekeerde reactie - bijvoorbeeld cellulaire ademhaling van glucose in kooldioxide en water - is een exergonisch proces.
katalysatoren
Katalysatoren kunnen de activeringsenergiebarrière van een reactie verminderen. Ze doen dit door de tussenliggende structuur te stabiliseren die bestaat tussen die van de reactant en productmoleculen, waardoor de conversie eenvoudiger wordt. Kortom, de katalysator geeft de reactanten een "tunnel" met lagere energie om doorheen te gaan, waardoor het gemakkelijker wordt om naar de productzijde van de barrière voor activeringsenergie te komen. Er zijn veel soorten katalysatoren, maar sommige van de bekendste zijn enzymen, katalysatoren van de biologiewereld.
Reactie spontaniteit
Ongeacht de activeringsenergiebarrière treden alleen exergonische reacties spontaan op, omdat ze energie afgeven. Toch moeten we nog steeds spieren opbouwen en ons lichaam herstellen, wat beide endergonische processen zijn. We kunnen een endergonisch proces aansturen door het te koppelen aan een exergonisch proces dat voldoende energie levert om het verschil in energie tussen reactanten en producten te evenaren.