Reação endergônica: características, exemplos - Ciência - 2023

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UMA reação endergônica É algo que não pode acontecer espontaneamente e também requer um alto suprimento de energia. Na química, essa energia é geralmente calórica. As mais conhecidas de todas as reações endergônicas são as reações endotérmicas, ou seja, aquelas que absorvem o calor para ocorrer.

Por que nem todas as reações são espontâneas? Porque sobem as leis da termodinâmica: eles consomem energia e os sistemas formados pelas espécies envolvidas diminuem sua entropia; ou seja, para fins químicos, eles se tornam mais ordenados molecularmente.

A construção de uma parede de tijolos é um exemplo de reação endergônica. Os tijolos sozinhos não se compactam o suficiente para formar um corpo sólido. Isso ocorre porque não há ganho de energia que promova suas uniões (também refletido em suas possíveis baixas interações intermoleculares).

Então, para construir a parede você precisa de cimento e mão de obra. Isso é energia, e a reação não espontânea (a parede não será construída automaticamente) torna-se possível se for percebido um benefício energético (econômico, no caso da parede).

Se não houver benefício, a parede desabará com qualquer perturbação e seus tijolos nunca serão capazes de se manter unidos. O mesmo é verdade para muitos compostos químicos, cujos blocos de construção não podem se formar espontaneamente.

Características de uma reação endergônica

E se a parede puder ser construída espontaneamente? Para fazer isso, as interações entre os tijolos devem ser muito fortes e estáveis, tanto que nenhum cimento ou pessoa precise encomendá-los; enquanto a parede de tijolo, embora seja resistente, é o cimento endurecido que os mantém unidos e não propriamente o material dos tijolos.

Portanto, as primeiras características de uma reação endergônica são:

-Não é espontâneo

-Absorve calor (ou outro tipo de energia)

E por que ele absorve energia? Porque seus produtos possuem mais energia do que os reagentes envolvidos na reação. Isso pode ser representado pela seguinte equação:

ΔG = G_produtos-G_Reagentes

Onde ΔG é a mudança na energia livre de Gibbs. Como G_produtos é maior (porque é mais energético) do que G_Reagentes, a subtração deve ser maior que zero (ΔG> 0). A imagem a seguir resume ainda mais o que acabou de ser explicado:

Observe a diferença entre os estados de energia entre os produtos e os reagentes (linha roxa). Portanto, os reagentes não se tornam produtos (A + B => C) se não houver absorção de calor primeiro.

Aumenta a energia livre do sistema

Cada reação endergônica está associada a um aumento na energia livre de Gibbs do sistema. Se para uma determinada reação for considerado que ΔG> 0, então não será espontâneo e exigirá um fornecimento de energia para ser realizado.

Como saber matematicamente se uma reação é endergônica ou não? Aplicando a seguinte equação:

ΔG = ΔH - TΔS

Onde ΔH é a entalpia da reação, ou seja, a energia total liberada ou absorvida; ΔS é a variação da entropia e T é a temperatura. O fator TΔS é a perda de energia não utilizada na expansão ou arranjo das moléculas em uma fase (sólida, líquida ou gasosa).

Assim, ΔG é a energia que o sistema pode usar para trabalhar. Uma vez que ΔG tem um sinal positivo para uma reação endergônica, energia ou trabalho deve ser aplicado ao sistema (os reagentes) para obter os produtos.

Então, conhecendo os valores de ΔH (positivo, para uma reação endotérmica, e negativo, para uma reação exotérmica), e de TΔS, é possível saber se a reação é endergônica. Isso significa que, embora uma reação seja endotérmica, nãoé necessariamente endergônico.

O cubo de gelo

Por exemplo, um cubo de gelo derrete em água líquida, absorvendo calor, o que ajuda a separar suas moléculas; entretanto, o processo é espontâneo e, portanto, não é uma reação endergônica.

E a situação em que você quer derreter o gelo a uma temperatura bem abaixo de -100ºC? Nesse caso, o termo TΔS na equação de energia livre torna-se pequeno em comparação com ΔH (porque T diminui) e, como resultado, ΔG terá um valor positivo.

Em outras palavras: derreter o gelo abaixo de -100ºC é um processo endergônico, e não é espontâneo. Caso semelhante é o de congelamento da água por volta de 50ºC, o que não ocorre espontaneamente.

Seus links de produto são mais fracos

Outra característica importante, também relacionada ao ΔG, é a energia das novas ligações. As ligações dos produtos formados são mais fracas do que as dos reagentes. No entanto, a diminuição da resistência das ligações é compensada por um ganho de massa, que se reflete nas propriedades físicas.

Aqui, a comparação com a parede de tijolos começa a perder sentido. De acordo com o exposto, as ligações dentro dos tijolos devem ser mais fortes do que aquelas entre eles e o cimento. Porém, a parede como um todo é mais rígida e resistente devido à sua maior massa.

Algo semelhante será explicado na seção de exemplos, mas com açúcar.

É acoplado a reações exergônicas

Se as reações endergônicas não são espontâneas, como ocorrem na natureza? A resposta se deve ao acoplamento com outras reações bastante espontâneas (exergônicas) e que de alguma forma promovem seu desenvolvimento.

Por exemplo, a seguinte equação química representa este ponto:

A + B => C (reação endergônica)

C + D => E (reação exergônica)

A primeira reação não é espontânea, portanto, não poderia ocorrer naturalmente. No entanto, a produção de C permite que a segunda reação ocorra, causando E.

Adicionando as energias livres de Gibbs para as duas reações, ΔG₁ e ΔG₂, com um resultado menor que zero (ΔG <0), então o sistema apresentará um aumento na entropia e, portanto, será espontâneo.

Se C não reagisse com D, A nunca poderia formá-lo, porque não há compensação de energia (como no caso do dinheiro com a parede de tijolos). Diz-se então que C e D "puxam" A e B para reagir, embora seja uma reação endergônica.

Exemplos

Fotossíntese

As plantas usam energia solar para criar carboidratos e oxigênio a partir do dióxido de carbono e da água. O CO₂ Eu₂Moléculas pequenas com ligações fortes, formam açúcares, com estruturas em anel, que são mais pesadas, mais sólidas, e fundem a uma temperatura em torno de 186ºC.

Observe que as ligações C-C, C-H e C-O são mais fracas do que aquelas de O = C = O e O = O. E a partir de uma unidade de açúcar, a planta pode sintetizar polissacarídeos, como a celulose.

Síntese de biomoléculas e macromoléculas

As reações endergônicas fazem parte dos processos anabólicos. Assim como os carboidratos, outras biomoléculas, como proteínas e lipídios, requerem mecanismos complexos que, sem eles, e acoplados à reação de hidrólise do ATP, não existiriam.

Da mesma forma, processos metabólicos como respiração celular, difusão de íons através das membranas celulares e transporte de oxigênio pela corrente sanguínea são exemplos de reações endergônicas.

A formação de diamantes e compostos pesados a partir do petróleo bruto

Os diamantes requerem pressões e temperaturas enormes, para que seus componentes possam ser compactados em um sólido cristalino.

No entanto, algumas cristalizações são espontâneas, embora ocorram em velocidades muito lentas (a espontaneidade não tem relação com a cinética da reação).

Finalmente, o petróleo bruto sozinho representa um produto de reações endergônicas, especialmente hidrocarbonetos pesados ou macromoléculas chamadas de asfaltenos.

Suas estruturas são muito complexas, e sua síntese leva muito tempo (milhões de anos), calor e ação bacteriana.

Referências

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Khan Academy. (2018). Energia livre. Recuperado de: es.khanacademy.org
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