Categoria: Chimica Pubblicato: Giugno 27, 2013
La rottura dei legami chimici non rilascia mai energia all’ambiente esterno. L’energia viene rilasciata solo quando si formano legami chimici. In generale, una reazione chimica comporta due fasi: 1) i legami chimici originali tra gli atomi sono rotti e 2) si formano nuovi legami. Questi due passaggi sono a volte raggruppati in un unico evento per semplicità, ma sono in realtà due eventi separati., Ad esempio, quando si brucia metano (gas naturale) nella stufa, il metano sta reagendo con l’ossigeno per formare anidride carbonica e acqua. I chimici spesso scrivono questo come:
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + energia
Questa equazione chimica bilanciata riassume la reazione chimica coinvolta nella combustione del metano. I reagenti sono a sinistra, i prodotti sono a destra e la freccia rappresenta il momento in cui avviene la reazione. Ma ci sono un sacco di cose interessanti che accadono che sono nascosti dietro quella freccia., Un’equazione più dettagliata sarebbe simile a questa:
CH4 + 2 O2 + un po ' di energia →C + 4 H + 4 O → CO2 + 2 H2O + molta energia
La prima riga dell’equazione contiene i reagenti originali: molecole di metano e molecole di ossigeno. La prima freccia rappresenta la rottura dei legami, che richiede energia. Sulla linea di mezzo ci sono gli atomi, ora spezzati dalle molecole e liberi di reagire. La seconda freccia rappresenta la formazione di nuovi legami. Sull’ultima riga ci sono i prodotti finali., Ci vuole un po ‘ di energia, come la scintilla dall’accenditore nella stufa, per iniziare la reazione. Questo perché i legami devono essere rotti prima che gli atomi possano essere formati in nuovi legami, e ci vuole sempre energia per rompere i legami. Una volta iniziata la reazione, l’energia in uscita da una molecola di metano bruciata diventa l’energia in ingresso per la molecola successiva. Parte dell’energia rilasciata da ogni legame che si forma nel fare anidride carbonica e acqua viene utilizzata per rompere più legami nelle molecole di metano e ossigeno., In questo modo, la reazione diventa autosufficiente (finché metano e ossigeno continuano ad essere forniti). L’accenditore può essere spento. Se la rottura dei legami non richiedeva energia, i combustibili non avrebbero bisogno di un dispositivo di accensione per iniziare a bruciare. Avrebbero appena iniziato a bruciare da soli. La presenza di candele nella tua auto attesta il fatto che la rottura dei legami chimici richiede energia. (Si noti che la combustione del metano in realtà comporta molti passaggi più piccoli, quindi l’equazione sopra potrebbe essere espansa in modo ancora più dettagliato.,)
Il libro di testo Advanced Biology di Michael Roberts, Michael Jonathan Reiss e Grace Monger afferma:
I biologi spesso parlano di energia resa disponibile dalla rottura dello zucchero, implicando che la rottura dei legami chimici nelle molecole di zucchero rilascia energia. Eppure in chimica impariamo che l’energia viene rilasciata, non quando i legami chimici sono rotti, ma quando si formano. Infatti, la respirazione fornisce energia, non dalla rottura dei legami nel substrato, ma dalla formazione di forti legami nei prodotti., Tuttavia, il risultato complessivo del processo è quello di produrre energia, ed è in questo senso che i biologi parlano della rottura dello zucchero che dà energia.
L’energia totale in ingresso o in uscita di una reazione è uguale all’energia rilasciata nella formazione di nuovi legami meno l’energia utilizzata per rompere i legami originali. Se ci vuole più energia per rompere i legami originali di quella rilasciata quando si formano i nuovi legami, allora l’energia netta della reazione è negativa. Ciò significa che l’energia deve essere pompata nel sistema per mantenere la reazione in corso. Tali reazioni sono note come endotermiche. Se if prende meno energia per rompere i legami originali che viene rilasciato quando si formano nuovi legami, allora l’energia netta della reazione è positiva., Questo fatto significa che l’energia fluirà fuori dal sistema mentre la reazione procede. Questo fatto significa anche che la reazione può procedere da sola senza alcuna energia esterna una volta avviata. Tali reazioni sono note come esotermiche. (Le reazioni endotermiche possono anche procedere da sole se c’è abbastanza energia esterna sotto forma di calore ambientale da assorbire.) Le reazioni esotermiche tendono a riscaldare l’ambiente circostante mentre le reazioni endotermiche tendono a raffreddarlo. La combustione dei combustibili è esotermica perché c’è un rilascio netto di energia., Cucinare un uovo è endotermico perché c’è un apporto netto di energia per rendere l’uovo cotto. La linea di fondo è che entrambe le reazioni endotermiche ed esotermiche comportano la rottura dei legami, ed entrambi richiedono quindi energia per iniziare.
Ha senso che rompere i legami richiede sempre energia. Un legame chimico tiene insieme due atomi. Per rompere il legame, devi combattere contro il legame, come allungare un elastico finché non scatta. Fare questo richiede energia. Come analogia, pensare di atomi come palloni da basket., Pensate al paesaggio energetico dei legami chimici come un terreno collinare che i palloni da basket stanno rotolando sopra. Quando due palle sono posizionate vicino a un foro rotondo, la gravità le tira verso il basso dove si incontrano e si fermano. Le due sfere ora rimangono vicine a causa della forma del foro e della forza di gravità. Questo è come il legame chimico che unisce gli atomi. Per allontanare le palle l’una dall’altra (per rompere i legami), devi arrotolarle sui lati opposti del buco. Ci vuole l’energia della tua mano spingendo le palle per farli i lati del foro e lontano l’uno dall’altro., L’energia che si mette nel sistema al fine di tirare a parte le palle è ora memorizzato come energia potenziale nelle palle. Gli atomi non rotolano letteralmente su e giù per le colline, ma si comportano come se si muovessero in un paesaggio energetico molto simile alle colline reali.
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