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In una reazione chimica, i materiali di partenza, chiamati reagenti, vengono convertiti in prodotti. Mentre tutte le reazioni chimiche richiedono un input di energia iniziale, indicato come energia di attivazione, alcune reazioni provocano un rilascio netto di energia nell'ambiente circostante, mentre altre determinano un assorbimento netto di energia dall'ambiente circostante. Quest'ultima situazione è chiamata reazione endergonica.
Energia di reazione
I chimici definiscono la loro nave di reazione come il "sistema" e tutto il resto nell'universo come "l'ambiente". Pertanto, quando una reazione endergonica assorbe energia dall'ambiente circostante, l'energia entra nel sistema. Il tipo opposto è una reazione esergonica, in cui l'energia viene rilasciata nell'ambiente circostante.
La prima parte di ogni reazione richiede sempre energia, indipendentemente dal tipo di reazione. Anche se la combustione della legna emana calore e si verifica spontaneamente una volta iniziata, è necessario avviare il processo aggiungendo energia. La fiamma che aggiungi per avviare la combustione del legno fornisce l'energia di attivazione.
Energia di attivazione
Per passare dal lato reagente al lato prodotto dell'equazione chimica, è necessario superare la barriera di energia di attivazione. Ogni singola reazione ha una dimensione caratteristica della barriera. L'altezza della barriera non ha nulla a che fare con la reazione endergonica o esergonica; per esempio, una reazione esergonica può avere una barriera di energia di attivazione molto elevata, o viceversa.
Alcune reazioni avvengono in più fasi, ciascuna delle quali ha la propria barriera energetica di attivazione da superare.
Esempi
Le reazioni sintetiche tendono ad essere endergoniche e le reazioni che scindono le molecole tendono ad essere esergoniche. Ad esempio, il processo degli aminoacidi che si uniscono per formare una proteina e la formazione di glucosio dall'anidride carbonica durante la fotosintesi sono entrambe reazioni endergoniche. Ciò ha senso, poiché è probabile che i processi che costruiscono strutture più grandi richiedano energia. La reazione inversa - ad esempio la respirazione cellulare del glucosio in anidride carbonica e acqua - è un processo esergonico.
catalizzatori
I catalizzatori possono ridurre la barriera energetica di attivazione di una reazione. Lo fanno stabilizzando la struttura intermedia esistente tra quella del reagente e le molecole del prodotto, facilitando la conversione. Fondamentalmente, il catalizzatore fornisce ai reagenti un "tunnel" a bassa energia da attraversare, facilitando l'accesso al lato prodotto della barriera di energia di attivazione. Esistono molti tipi di catalizzatori, ma alcuni dei più noti sono enzimi, catalizzatori del mondo della biologia.
Spontaneità di reazione
Indipendentemente dalla barriera di energia di attivazione, solo le reazioni esergoniche si verificano spontaneamente, perché emettono energia. Tuttavia, abbiamo ancora bisogno di costruire muscoli e riparare i nostri corpi, che sono entrambi processi endergonici. Siamo in grado di guidare un processo endergonico accoppiandolo con un processo esergonico che fornisce energia sufficiente per abbinare la differenza di energia tra reagenti e prodotti.