에너지 흡수반응 문서 원본 보기

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[[파일:Endergonic_Reaction.svg|섬네일|[[광합성]]과 같은 에너지 흡수반응은 구동하는 데 에너지를 필요로 하는 반응이다. 에너지 흡수는 "일의 형태로 에너지를 흡수"하는 것을 의미한다. 반응에 대한 [[활성화 에너지]]는 일반적으로 에너지 방출반응 (1)의 전체 에너지보다 크다. 에너지 흡수반응은 비자발적이다. 반응의 진행은 선으로 표시된다. 에너지 흡수반응 동안 깁스 자유 에너지의 변화({{math|Δ''G''}})는 에너지를 얻기 때문에 (2) 양(+)의 값이다.]]

'''에너지 흡수반응'''({{llang|en|endergonic reaction}})은 [[열화학]]에서 [[열역학적 자유 에너지|자유 에너지]]의 표준 변화가 양(+)인 [[화학 반응]](자유 에너지의 순흡수가 있음)이며, 이 반응을 수행하려면 [[활성화 에너지|추가적인 추진력]]이 필요하다. 에너지 흡수반응(endergonic reaction)이라는 용어는 "안에(within)"를 의미하는 그리스어 "ἔνδον (endon)"과 "일(work)"을 의미하는 그리스어 "ἔργον (ergon)"에서 유래하였으며, 열을 흡수하는 '''비자발적인 반응'''({{llang|en|nonspontaneous reaction}}), '''불리한 반응'''({{llang|en|unfavorable reaction}})이라고도 불린다. 유용한 에너지의 총량은 음(-)이므로 (반응을 시작하는 데 받는 에너지보다 더 많은 에너지가 필요함) 총 에너지는 순 음(-)의 결과이다. 순 결과의 전반적인 이익은 [[에너지 방출반응]]을 참조한다. 이것을 표현하는 또 다른 방법은 반응이 일어나기 위해 유용한 에너지를 주변에서 실행 가능한 시스템으로 흡수해야 한다는 것이다.

일정한 온도와 압력 조건 하에서 이것은 표준 [[깁스 자유 에너지]]의 변화가 양(+)이 될 것임을 의미한다.

: <math>\Delta G^\circ > 0</math>

이것은 [[표준 상태]](즉, 모든 시약의 표준 압력(1[[바 (단위)|바]]) 및 표준 농도(1[[몰 (단위)|몰]])에서)에서의 반응이다.

[[물질대사]]에서 에너지 흡수반응은 [[동화작용]]이며, 이는 [[에너지]]가 저장된다는 것을 의미한다. 많은 동화작용에서 에너지는 [[아데노신 삼인산]](ATP)에 대한 반응을 짝지음으로써 공급되고 결과적으로 높은 에너지, 음(-)으로 하전된 무기 인산, [[아데노신 이인산]](ADP)를 생성한다.

== 평형 상수 ==
반응에 대한 [[평형 상수]]는 Δ''G''° 와 관련이 있다.

: <math>K = e^{-\frac{\Delta G^\circ}{RT}}</math>

여기서 ''T''는 [[절대 온도]]이고, ''R''은 [[기체 상수]]이다. 따라서 Δ''G''°가 양수 값임을 의미한다.

: <math>K < 1 \,</math>

따라서 몰 화학양론적 양에서 시작하여 그러한 반응은 앞으로가 아니라 평형을 향해 뒤로 이동할 것이다.

그럼에도 불구하고 에너지 흡수반응은 본질적으로, 특히 [[생화학]] 및 [[생리학]]에서 매우 일반적이다. 세포에서 에너지 흡수반응의 예로는 [[단백질 합성]], [[활동 전위|신경 전도]] 및 [[근육 수축]]을 유도하는 [[Na+/K+ 펌프|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> 펌프]]를 포함한다.

== 에너지 흡수반응을 위한 깁스 자유 에너지 ==
우주의 모든 물리적 시스템 및 화학적 시스템은 [[열역학 제2법칙]]을 따르고 내리막 길, 즉 에너지를 방출하는 방향으로 진행된다. 따라서 자체적으로 물리적 시스템 또는 화학적 시스템은 열역학 제2법칙에 따라 시스템의 [[열역학적 자유 에너지|자유 에너지]]를 낮추고 일의 형태로 에너지를 소비하는 방향으로 진행된다. 이러한 반응은 자발적으로 일어난다.

화학 반응은 자발적이지 않은 경우 에너지 흡수반응이다. 따라서 이러한 유형의 반응에서 [[깁스 자유 에너지]]가 증가한다. [[엔트로피]]는 깁스 자유 에너지의 모든 변화에 포함된다. 에너지 흡수반응은 엔트로피가 포함되지 않은 [[흡열 반응]]과는 다르다. 깁스 자유 에너지는 [[깁스 -헬름홀츠 방정식]]으로 계산된다.

: <math>\Delta G = \Delta H- T \cdot \Delta S</math>

여기서

: {{tmath|T}} = 절대 온도 ([[켈빈|켈빈 단위]](K)의 온도)
: {{tmath|\Delta G}} = 깁스 자유 에너지의 변화
: {{tmath|\Delta S}} = "<math display="inline">\Delta S = \sum S(\text{Product}) - \sum S(\text{Reagent})</math>"로서 298 K에서 엔트로피의 변화
: {{tmath|\Delta H}} = "<math display="inline">\Delta H = \sum H(\text{Product}) - \sum H(\text{Reagent})</math>"로서 298 K에서 엔탈피의 변화

화학 반응은 깁스 자유 에너지가 증가할 때 비자발적으로 진행되며, 이 경우에 {{tmath|\Delta G}}는 양수이다. [[에너지 방출반응]]에서 {{tmath|\Delta G}}는 음수이고, 에너지 흡수반응에서 {{tmath|\Delta G}}는 양수이다.

: <math>\Delta_\mathrm{R} G < 0</math> 에너지 방출반응
: <math>\Delta_\mathrm{R} G > 0</math> 에너지 흡수반응

여기서 <math> \Delta_\mathrm{R} G </math>는 화학 반응의 완료 후의 깁스 자유 에너지의 변화와 같다.

== 에너지 흡수반응이 일어나게 하기 ==
에너지 흡수반응은 [[에너지 방출반응]](안정성 증가, [[열역학적 자유 에너지|자유 에너지]]의 음의 변화)에 의해 당겨지거나 밀릴 경우 달성될 수 있다. 물론 모든 경우에 전체 시스템의 순반응(연구 중인 반응에 끌어당기거나 밀어내는 반응을 더한 것)은 에너지 방출반응이다.

=== 당김 ===
반응의 생성물이 후속적인 에너지 방출반응에 의해 빠르게 제거되는 경우 시약은 에너지 흡수반응에 의해 당겨질 수 있다. 따라서 에너지 방출반응의 생성물의 농도는 항상 낮게 유지되므로 반응이 진행될 수 있다.

이것의 전형적인 예로는 [[전이 상태]]를 통해 진행되는 반응의 첫 번째 단계가 있다. 전이 상태에 대한 [[활성화 에너지|활성화 에너지 장벽]]의 꼭대기에 도달하는 과정은 에너지 흡수적이다. 그러나 전이 상태에 도달했기 때문에 반응이 진행될 수 있으며, 에너지 방출 과정을 거쳐 보다 안정적인 최종 생성물로 빠르게 전환된다.

=== 밀어냄 ===
에너지 흡수반응은 공유하는 중간생성물을 통해 강력하게 에너지 방출적인 다른 반응과 짝지어져서 밀어내어 질 수 있다.

이것은 보통 생물학적 반응이 진행되는 방식이다. 예를 들어, 그 자체로 반응이 일어나기에는 너무 에너지 흡수적일 수 있다.

: <math> X + Y \longrightarrow XY</math>

그러나 [[아데노신 삼인산|ATP]]를 [[아데노신 이인산|ADP]]와 무기 인산으로 분해하는 ATP → ADP + P<sub>i</sub>와 같은 강력한 에너지 방출반응과 짝지어져서 에너지 흡수반응을 일어나게 할 수 있다.

: <math> X + \mathit{ATP} \longrightarrow \mathit{XP} + \mathit{ADP}</math>
: <math> \mathit{XP} + Y \longrightarrow \mathit{XY} + P_i</math>

[[ATP의 가수분해]]가 에너지 흡수반응을 일으키는 데 필요한 자유 에너지를 공급하는 이러한 종류의 반응은 생화학에서 매우 일반적이며, ATP는 보통 살아 있는 생물체의 "보편적인 에너지 화폐"로 불린다.

== 예 ==
에너지 흡수반응은 자체적으로 일어나지 않는 모든 과정들이 포함되며, "일어나기를 원하지 않는다"라고 말할 수 있다. 매우 간단하고 쉽게 시각화할 수 있는 예는 절대 완성하고 싶지 않은 책상 구석에 쌓여 있는 엄청난 양의 서류 더미일 수 있다. 또는 보다 더 과학적인 예로 완전히 평평한 표면에서 앞으로 나아가는 자동차를 들 수 있다. 외부 투입 없이 자연적으로 완료되지 않는 모든 화학적 과정들은 에너지 흡수반응을 구현한다. 이러한 외부 투입은 화학적 촉매가 하나로 간주되기 때문에 항상 물리적이거나 가시적일 필요가 없으며 반응이 일어나기 위해 [[촉매]]가 필요한 경우, 이는 에너지 흡수반응이다.

다음은 에너지 흡수반응의 몇 가지 과학적 예이다.<ref>{{웹 인용|url=https://www.chemistrylearner.com/chemical-reactions/spontaneous-and-non-spontaneous-reaction|title=Spontaneous and Non-spontaneous Reaction: Definition and Examples|website=Chemistry Learner|language=en-US|access-date=2022-06-28}}</ref>

# 실온에서 물이 어는 것 (실온보다 낮아야 함)
# 물이 기체상의 수소와 산소로 분해([[전기분해]])되는 것 (추가적인 전류가 필요함)
# [[광합성]] (태양 에너지가 필요함)
# 산소로부터 오존(O<sub>3</sub>)의 형성 (태양의 자외선이 필요함)

== 같이 보기 ==
* [[에너지 방출반응]]
* [[발열 과정]]
* [[흡열 과정]]
* [[발열 반응]]
* [[흡열 반응]]
* [[온혈동물]]

== 각주 ==
{{각주}}

[[분류:열화학]]
[[분류:열역학적 과정]]