Ενδόεργη αντίδραση

Στη χημική θερμοδυναμική, μια ενδόεργη αντίδραση (που λέγεται επίσης μη αυθόρμητη αντίδραση ή μη ευνοϊκή αντίδραση) είναι μια χημική αντίδραση στην οποία η πρότυπη μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας είναι θετική και απορροφάται ενέργεια. Με απλούς όρους, το συνολικό ποσό της ενέργειας έχει απώλεια (καταναλώνεται περισσότερη ενέργεια για να αρχίσει η αντίδραση παρά λαμβάνεται), έτσι η συνολική ενέργεια έχει ένα αρνητικό καθαρό αποτέλεσμα. Για ένα συνολικό κέρδος στο καθαρό αποτέλεσμα δείτε εξώθερμη αντίδραση.

Μια ενδόεργη αντίδραση (όπως η φωτοσύνθεση) είναι μια αντίδραση που απαιτεί ενέργεια για να προχωρήσει. Η ενέργεια ενεργοποίησης για την αντίδραση είναι συνήθως μεγαλύτερη από την συνολική ενέργεια της εξώεργης αντίδρασης(1). Οι ενδόεργες αντιδράσεις δεν είναι αυθόρμητες. Η πρόοδος της αντίδρασης εμφανίζεται από τη γραμμή. Η μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς (Gibbs) (ΔG) κατά τη διάρκεια μιας ενδόεργης αντίδρασης έχει θετική τιμή επειδή αποκτάται ενέργεια (2).

Κάτω από συνθήκες σταθερής θερμοκρασίας και πίεσης, αυτό σημαίνει ότι η μεταβολή στην πρότυπη ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς θα είναι θετική

$\Delta G^{\circ }>0$

για την αντίδραση σε πρότυπη κατάσταση (δηλαδή σε πρότυπη πίεση (1 bar) και πρότυπες συγκεντρώσεις (1 Μ) για όλα τα αντιδρώντα).

Σταθερά ισορροπίας

Η σταθερά ισορροπίας για την αντίδραση συσχετίζεται με το ΔG° από τη σχέση:

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

όπου T είναι η απόλυτη θερμοκρασία και R είναι η σταθερά των αερίων. Μια θετική τιμή του ΔG° συνεπώς υποδηλώνει

$K<1\,$

έτσι ώστε ξεκινώντας από μοριακά στοιχειομετρικές ποσότητες μια τέτοια αντίδραση θα κινηθεί προς τα πίσω προς την ισορροπία, όχι προς τα μπροστά.

Παρόλα αυτά, οι ενδόεργες αντιδράσεις είναι αρκετά συνηθισμένες στη φύση, ειδικά στη βιοχημεία και τη φυσιολογία. Παραδείγματα ενδόεργων αντιδράσεων στα κύτταρα περιλαμβάνουν την πρωτεϊνοσύνθεση και την αντλία νατρίου-καλίου που οδηγεί σε αγωγή νεύρου και μυική συστολή.

Πώς συμβαίνουν οι ενδόεργες αντιδράσεις

Οι ενδόεργες αντιδράσεις μπορούν να επιτευχθούν, αν είτε εξαχθούν ή ωθηθούν από μια διεργασία εξώεργης αντίδρασης (αύξηση σταθερότητας, αρνητική μεταβολή στην ελεύθερη ενέργεια). Φυσικά, σε όλες τις περιπτώσεις η καθαρή αντίδραση του συνολικού συστήματος (η εξεταζόμενη αντίδραση συν την αντίδραση εξαγωγής ή προώθησης) είναι εξώεργη.

Εξαγωγή

Τα αντιδρώντα μπορούν να εξαχθούν μέσα από μια ενδόεργη αντίδραση, αν τα προϊόντα της αντίδρασης απομακρύνονται γρήγορα από μια επόμενη εξώεργη αντίδραση. Η συγκέντρωση των προϊόντων της ενδόεργης αντίδρασης συνεπώς παραμένει πάντα χαμηλή, έτσι η αντίδραση μπορεί να προχωρήσει.

Ένα κλασικό παράδειγμα αυτού μπορεί να είναι το πρώτο στάδιο μιας αντίδρασης που προχωρά μέσα από μια μεταβατική κατάσταση. Η διεργασία λήψης της κορυφής της ενέργειας ενεργοποίησης στη μεταβατική κατάσταση είναι ενδόεργη. Όμως, η αντίδραση μπορεί να προχωρήσει, επειδή έχει φτάσει στη μεταβατική κατάσταση, εξελίσσεται γρήγορα μέσα από μια εξώεργη διεργασία σε πιο σταθερά τελικά προϊόντα.

Προώθηση

Οι ενδόεργες αντιδράσεις μπορούν να προωθηθούν συνδυάζοντάς τες με μια άλλη αντίδραση που είναι ισχυρά εξώεργη, μέσα από ένα κοινό ενδιάμεσο προϊόν.

Έτσι προχωρούν συχνά οι βιολογικές αντιδράσεις. Παραδείγματος χάρη, η αντίδραση

$X+Y\longrightarrow XY$

μπορεί να είναι υπερβολικά ενδόεργη για να συμβεί. Όμως, μπορεί να είναι εφικτό να γίνει σε συνδυασμό με μια ισχυρή εξώεργη αντίδραση - όπως, πολύ συχνά, με την αποσύνθεση του ATP σε ADP και ανόργανα φωσφορικά ιόντα, ATP → ADP + P_i, έτσι ώστε

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

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

Αυτό το είδος της αντίδρασης, με την αποσύνθεση του ATP να παρέχει την απαιτούμενη ελεύθερη ενέργεια για να λάβει χώρα μια ενδόθερμη αντίδραση, είναι τόσο συνηθισμένη στην κυτταρική βιοχημεία ώστε το ATP αποκαλείται συχνά το "παγκόσμιο ενεργειακό νόμισμα" όλων των ζώντων οργανισμών.