RÉACTION ENDERGONIQUE: CARACTÉRISTIQUES, EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Une réaction endergonique est une réaction qui ne peut pas se produire spontanément et qui nécessite également un apport élevé d'énergie. En chimie, cette énergie est généralement calorique. La plus connue de toutes les réactions endergoniques sont les réactions endothermiques, c'est-à-dire celles qui absorbent la chaleur pour se produire.

Pourquoi toutes les réactions ne sont-elles pas spontanées? Parce qu'ils vont jusqu'aux lois de la thermodynamique: ils consomment de l'énergie et les systèmes formés par les espèces impliquées diminuent leur entropie; autrement dit, à des fins chimiques, ils deviennent plus ordonnés moléculairement.

Source: Pxhere

Construire un mur de briques est un exemple de réaction endergonique. Les briques seules ne sont pas suffisamment compactes pour former un corps solide. En effet, il n'y a pas de gain d'énergie qui favorise leurs unions (également reflété dans leurs éventuelles interactions intermoléculaires faibles).

Donc, pour construire le mur, vous avez besoin de ciment et de main-d'œuvre. C'est de l'énergie, et une réaction non spontanée (le mur ne sera pas construit automatiquement) devient possible si un bénéfice énergétique est perçu (économique, dans le cas du mur).

S'il n'y a aucun avantage, le mur s'effondrera sous n'importe quelle perturbation et ses briques ne pourront jamais tenir ensemble. Il en va de même pour de nombreux composés chimiques, dont les éléments constitutifs ne peuvent pas se réunir spontanément.

Caractéristiques d'une réaction endergonique

Et si le mur pouvait être construit spontanément? Pour ce faire, les interactions entre les briques doivent être très solides et stables, à tel point qu'aucun ciment ou personne n'aura besoin de les commander; tandis que le mur de briques, bien qu'il soit résistant, est le ciment durci qui les maintient ensemble et pas proprement le matériau des briques.

Par conséquent, les premières caractéristiques d'une réaction endergonique sont:

-Ce n'est pas spontané

-Absorbe la chaleur (ou un autre type d'énergie)

Et pourquoi absorbe-t-il de l'énergie? Parce que leurs produits ont plus d'énergie que les réactifs impliqués dans la réaction. Cela peut être représenté par l'équation suivante:

ΔG = G _{Produits réactifs} -G

Où ΔG est le changement d'énergie libre de Gibbs. Puisque le _produit G est supérieur (car il est plus énergétique) que les _réactifs G, la soustraction doit être supérieure à zéro (ΔG> 0). L'image suivante résume davantage ce qui vient d'être expliqué:

Source: Gabriel Bolívar

Notez la différence entre les états énergétiques entre les produits et les réactifs (ligne violette). Par conséquent, les réactifs ne deviennent pas des produits (A + B => C) s'il n'y a pas d'abord d'absorption de chaleur.

Augmente l'énergie libre du système

Chaque réaction endergonique est associée à une augmentation de l'énergie libre de Gibbs du système. Si pour une certaine réaction il est vrai que ΔG> 0, alors cela ne sera pas spontané et nécessitera un apport d'énergie pour être réalisé.

Comment savoir mathématiquement si une réaction est endergonique ou non? Application de l'équation suivante:

ΔG = ΔH - TΔS

Où ΔH est l'enthalpie de la réaction, c'est-à-dire l'énergie totale libérée ou absorbée; ΔS est le changement d'entropie et T est la température. Le facteur TΔS est la perte d'énergie non utilisée dans l'expansion ou l'arrangement des molécules dans une phase (solide, liquide ou gazeuse).

Ainsi, ΔG est l'énergie que le système peut utiliser pour travailler. Puisque ΔG a un signe positif pour une réaction endergonique, de l'énergie ou du travail doit être appliqué au système (les réactifs) pour obtenir les produits.

Ensuite, connaissant les valeurs de ΔH (positive, pour une réaction endothermique, et négative, pour une réaction exothermique), et TΔS, il est possible de savoir si la réaction est endergonique. Cela signifie que bien qu'une réaction soit endothermique, elle n'est pas nécessairement endergonique.

Le glaçon

Par exemple, un glaçon fond en eau liquide, absorbant la chaleur, ce qui aide à séparer ses molécules; cependant, le processus est spontané, et donc ce n'est pas une réaction endergonique.

Et qu'en est-il de la situation où vous souhaitez faire fondre la glace à une température bien inférieure à -100 ° C? Dans ce cas, le terme TΔS dans l'équation d'énergie libre devient petit par rapport à ΔH (car T diminue), et par conséquent, ΔG aura une valeur positive.

En d'autres termes: la fonte de la glace en dessous de -100 ° C est un processus endergonique, et ce n'est pas spontané. Un cas similaire est celui de la congélation de l'eau autour de 50 ° C, ce qui ne se produit pas spontanément.

Vos liens produits sont plus faibles

Une autre caractéristique importante, également liée à ΔG, est l'énergie des nouvelles liaisons. Les liaisons des produits formés sont plus faibles que celles des réactifs. Cependant, la diminution de la force de liaison est compensée par un gain de masse, qui se reflète dans les propriétés physiques.

Ici, la comparaison avec le mur de briques commence à perdre son sens. Selon ce qui précède, les liaisons à l'intérieur des briques doivent être plus fortes que celles entre elles et le ciment. Cependant, le mur dans son ensemble est plus rigide et résistant en raison de sa plus grande masse.

Quelque chose de similaire sera expliqué dans la section des exemples, mais avec du sucre.

Il est couplé à des réactions exergoniques

Si les réactions endergoniques ne sont pas spontanées, comment se produisent-elles dans la nature? La réponse est due au couplage avec d'autres réactions assez spontanées (exergoniques) et qui favorisent en quelque sorte leur développement.

Par exemple, l'équation chimique suivante représente ce point:

A + B => C (réaction endergonique)

C + D => E (réaction exergonique)

La première réaction n'est pas spontanée, elle ne pourrait donc naturellement pas se produire. Cependant, la production de C permet à la deuxième réaction de se produire, provoquant E.

En ajoutant les énergies libres de Gibbs pour les deux réactions, ΔG ₁ et ΔG ₂, avec un résultat inférieur à zéro (ΔG <0), alors le système présentera une augmentation d'entropie et donc sera spontané.

Si C n'a pas réagi avec D, A ne pourrait jamais le former, car il n'y a pas de compensation énergétique (comme dans le cas de l'argent avec le mur de briques). On dit alors que C et D "poussent" A et B à réagir, même s'il s'agit d'une réaction endergonique.

Exemples

Source: Max Pixel

Photosynthèse

Les plantes utilisent l'énergie solaire pour créer des glucides et de l'oxygène à partir du dioxyde de carbone et de l'eau. Le CO ₂ et l'O ₂, petites molécules à liaisons fortes, forment des sucres, à structure cyclique, qui sont plus lourds, plus solides et fondent à une température d'environ 186 ° C.

Notez que les liaisons CC, CH et CO sont plus faibles que celles de O = C = O et O = O. Et à partir d'une unité de sucre, la plante peut synthétiser des polysaccharides, comme la cellulose.

Synthèse de biomolécules et macromolécules

Les réactions endergoniques font partie des processus anabolisants. Comme les glucides, d'autres biomolécules, telles que les protéines et les lipides, nécessitent des mécanismes complexes qui, sans eux, et le couplage avec la réaction d'hydrolyse de l'ATP, ne pourraient pas exister.

De même, les processus métaboliques tels que la respiration cellulaire, la diffusion d'ions à travers les membranes cellulaires et le transport de l'oxygène à travers la circulation sanguine sont des exemples de réactions endergoniques.

La formation de diamants et de composés lourds à partir du pétrole brut

Les diamants nécessitent des pressions et des températures énormes, de sorte que leurs composants peuvent être compactés en un solide cristallin.

Cependant, certaines cristallisations sont spontanées, bien qu'elles se produisent à des vitesses très lentes (la spontanéité n'a aucun rapport avec la cinétique de la réaction).

Enfin, le pétrole brut représente à lui seul un produit de réactions endergoniques, notamment les hydrocarbures lourds ou les macromolécules appelées asphaltènes.

Ses structures sont très complexes, et leur synthèse prend beaucoup de temps (des millions d'années), chaleur et action bactérienne.

Références

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5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 juin 2018). Endergonic vs Exergonic (avec des exemples). Récupéré de: thinkco.com
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