एंडर्जोनिक प्रतिक्रिया

एक ऊर्जा प्रतिक्रिया (जैसे प्रकाश संश्लेषण) एक प्रतिक्रिया है जिसके लिए ऊर्जा को संचालित करने की आवश्यकता होती है। ऊर्जाशोषी का अर्थ है काम के रूप में ऊर्जा को अवशोषित करना। प्रतिक्रिया के लिए सक्रियण ऊर्जा आमतौर पर ऊर्जाजनिक प्रतिक्रिया (1) की समग्र ऊर्जा से बड़ी होती है। ऊर्जाशोषी प्रतिक्रियाएं गैर-सहज है। प्रतिक्रिया की प्रगति को रेखा द्वारा दिखाया गया है। गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन (ΔG) एक अंतर्जात प्रतिक्रिया के दौरान एक सकारात्मक मूल्य है क्योंकि ऊर्जा प्राप्त होती है (2)।

रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी, एक अंतर्जात प्रतिक्रिया (from Greek

ἔνδον (एंडोन)  'के भीतर', and ἔργον (एर्गन) 'कार्य'; से इसे गर्मी अवशोषित करने वाली गैर-स्फूर्त प्रतिक्रिया या प्रतिकूल प्रतिक्रिया भी कहा जाता है) एक रासायनिक प्रतिक्रिया है जिसमें थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा में मानक परिवर्तन सकारात्मक होता है, और इस प्रतिक्रिया को करने के लिए एक सक्रियण ऊर्जा की आवश्यकता होती है। सामान्य शब्दों में, उपयोगी ऊर्जा की कुल मात्रा ऋणात्मक है (इससे प्राप्त होने वाली प्रतिक्रिया की तुलना में प्रतिक्रिया प्रारंभ करने में अधिक ऊर्जा लगती है) इसलिए कुल ऊर्जा एक शुद्ध नकारात्मक परिणाम है, जो बाहरी प्रतिक्रिया में शुद्ध सकारात्मक परिणाम के विपरीत होता है। इसे कहने की एक और विधि यह है कि प्रतिक्रिया होने के लिए उपयोगी ऊर्जा को परिवेश से व्यावहारिक प्रणाली में अवशोषित किया जाना चाहिए।

निरंतर तापमान और निरंतर दबाव की स्थिति में, इसका मतलब है कि मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन सकारात्मक होता है,

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

मानक स्थिति पर प्रतिक्रिया के लिए अर्थात मानक दबाव (1 बार (इकाई), और सभी अभिकर्मकों अभिकर्मकों के मानक सांद्रता (1 मोलर) पर) होता है।

उपापचय में, एक अंतर्जात प्रक्रिया उपचय है, जिसका अर्थ है कि ऊर्जा संग्रहीत करना होता है, ऐसी कई उपचय प्रक्रियाओं में, एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट (एटीपी) की प्रतिक्रिया को युग्मित करके ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है और इसके परिणामस्वरूप एक उच्च ऊर्जा, नकारात्मक आवेशित कार्बनिक फॉस्फेट और सकारात्मक एडेनोसिन डिपोस्फेट होता है।

संतुलन स्थिरांक

प्रतिक्रिया के लिए संतुलन स्थिरांक ΔG° से संबंधित है:

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

जहाँ T परिशुद्ध तापमान है और R गैस स्थिरांक है। इसलिए ΔG° का धनात्मक मान निकलता है

$K<1\,$

जिससे कि समीकरणमितीय मात्रा से प्रारंभ होकर ऐसी प्रतिक्रिया संतुलन की ओर पीछे की ओर बढ़ता है, न कि आगे की ओर बढ़ता है।

फिर भी, प्रकृति में विशेष रूप से जैव रसायन और शरीर विज्ञान में अंतर्जात प्रतिक्रियाएं अधिक सामान्य होती है। कोशिकाओं में ऊर्जाशोषी प्रतिक्रियाओं के उदाहरणों में प्रोटीन संश्लेषण और Na+/K+ सम्मलित होते है जो तंत्रिका चालन और मांसपेशियों के संकुचन को संचालित करते है।

ऊर्जाशोषी प्रतिक्रियाओं के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा

प्रतिक्रियाओं में सभी भौतिक और रासायनिक प्रणालियां ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का पालन करती है और एक अधोगामी अर्थात ऊर्जाजनिक दिशा में आगे बढ़ती है। इस प्रकार, स्वयं के लिए छोड़ दिया गया, कोई भी भौतिक या रासायनिक प्रणाली, ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के अनुसार, उस दिशा में आगे बढ़ती है जो प्रणाली की मुक्त ऊर्जा को कम करती है, और इस प्रकार कार्य के रूप में ऊर्जा खर्च करती है। ये प्रतिक्रियाएँ अनायास होती है।

अस्वतः रासायनिक रूपांतरण होने पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया ऊर्जाशोषी होती है। इस प्रकार की अभिक्रिया में गिब्स मुक्त ऊर्जा बढ़ती है। गिब्स मुक्त ऊर्जा के किसी भी परिवर्तन में एन्ट्रॉपी सम्मलित होती है। यह एक ऊष्माशोषी अभिक्रिया से अलग है जहां एन्ट्रॉपी सम्मलित नहीं होती है। गिब्स मुक्त ऊर्जा की गणना गिब्स-हेल्महोल्त्ज़ समीकरण के साथ की जाती है:

$\Delta G=\Delta H-T\cdot \Delta S$

जहाँ:

$T$ = केल्विन में तापमान (के)

$\Delta G$ = गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन

$\Delta S$ = एन्ट्रापी में परिवर्तन (298 K पर) के रूप में ${\textstyle \Delta S=\sum S({\text{Product}})-\sum S({\text{Reagent}})}$

$\Delta H$ = तापीय धारिता में परिवर्तन (298 K पर) के रूप में ${\textstyle \Delta H=\sum H({\text{Product}})-\sum H({\text{Reagent}})}$

जब गिब्स मुक्त ऊर्जा बढ़ती है तो एक रासायनिक प्रतिक्रिया गैर-उच्छानुरूप रूप से आगे बढ़ती है, उस स्थिति में $\Delta G$ सकारात्मक होता है। ऊर्जाजनिक प्रतिक्रियाओं में $\Delta G$ नकारात्मक होता है और अंतर्जात प्रतिक्रियाओं में $\Delta G$ सकारात्मक होता है:

$\Delta _{\mathrm {R} }G<0$ exergon

$\Delta _{\mathrm {R} }G>0$ endgon

जहाँ $\Delta _{\mathrm {R} }G$ रासायनिक प्रतिक्रिया के पूरा होने के बाद गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होता है।

ऊर्जाशोषी प्रतिक्रियाएं करना होता है

ऊर्जाशोषी प्रतिक्रियाएं प्राप्त की जा सकती है यदि उन्हें या तो एक ऊर्जाजनिक (स्थिरता में वृद्धि, मुक्त ऊर्जा में नकारात्मक परिवर्तन) प्रक्रिया द्वारा बढ़ाता है। निस्सन्देह, सभी स्थितियों में कुल प्रणाली की शुद्ध प्रतिक्रिया (अध्ययन के अनुसार प्रतिक्रिया प्लस पुलर या पुशर प्रतिक्रिया) ऊर्जाजनिक होती है।

बढ़ाना

अभिकर्मकों को एक अंतर्जात प्रतिक्रिया के माध्यम से पुनः संसाधित किया जा सकता है, यदि प्रतिक्रिया उत्पादों को बाद की ऊर्जाजनिक प्रतिक्रिया द्वारा तेजी से साफ किया जाता है। इस प्रकार ऊर्जाशोषी प्रतिक्रिया के उत्पादों की एकाग्रता हमेशा कम रहती है, इसलिए प्रतिक्रिया आगे बढ़ सकती है।

एक उत्कृष्ट उदाहरण एक प्रतिक्रिया का पहला चरण हो सकता है जो एक संक्रमण अवस्था के माध्यम से आगे बढ़ता है। ससंक्रमण अवस्था में सक्रियण ऊर्जा अवरोध के शीर्ष पर पहुंचने की प्रक्रिया अंतर्जात होता है। चूँकि, प्रतिक्रिया आगे बढ़ सकती है क्योंकि संक्रमण की स्थिति तक पहुंचने के बाद, यह तेजी से अधिक स्थिर अंतिम उत्पादों के लिए एक बाहरी प्रक्रिया के माध्यम से विकसित होता है।

प्रेरणा

एक सहभाजित मध्यवर्ती के माध्यम से ऊर्जाशोषी प्रतिक्रियाओं को उन्हें एक और प्रतिक्रिया में जोड़कर दबाव दिया जा सकता है जो दृढ़ता से ऊर्जाजनिक होते है।

अधिकांशतः इसी तरह जैविक प्रतिक्रियाएं आगे बढ़ती है। उदाहरण के लिए, अपनी प्रतिक्रिया पर

$X+Y\longrightarrow XY$

होने के लिए बहुत अधिक ऊर्जावान हो सकता है। चूँकि इसे एक जोरदार ऊर्जाजनिक प्रतिक्रिया के साथ युग्मित करके इसे संभव बनाया जा सकता है - जैसे, बहुत बार, एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का एडेनोसिन डिपोस्फेट और अकार्बनिक फॉस्फेट आयनों में अपघटन, एटीपी → एडीपी + पी_i, जिससे कि

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

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

इस तरह की प्रतिक्रिया, एटीपी अपघटन के साथ एक ऊर्जा प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए आवश्यक मुक्त ऊर्जा की आपूर्ति करती है, कोशिका जैव रसायन में इतनी आम है कि एटीपी को अधिकांशतः सभी जीवित जीवों की सार्वभौमिक ऊर्जा मुद्रा कहा जाता है।

यह भी देखें

• ऊर्जाजनिक
• ऊर्जाजनिक प्रतिक्रिया
• एक्ज़ोथिर्मिक
• एन्दोठेर्मिक
• उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया
• ऊष्माशोषी अभिक्रिया
• गर्म खून वाले
• गर्म खून वाले