ZA reakcja egzergoniczna Jest to taki, który zachodzi spontanicznie i na ogół towarzyszy mu uwolnienie energii w postaci ciepła, światła lub dźwięku. Mówi się, że po uwolnieniu ciepła mamy do czynienia z reakcją egzotermiczną i egzergoniczną.
Dlatego terminy „egzotermiczny” i „egzergoniczny” są mylone, mylnie traktowane jako synonimy. Dzieje się tak, ponieważ wiele reakcji egzotermicznych jest również egzergonicznych. Dlatego jeśli obserwuje się duże wydzielanie ciepła i światła, na przykład spowodowane zapaleniem ognia, można założyć, że jest to reakcja egzergoniczna..
Jednak uwolniona energia może pozostać niezauważona i może nie być tak zaskakująca. Na przykład ciekłe medium może się nieznacznie nagrzać i nadal być wynikiem reakcji egzergonicznej. W niektórych reakcjach egzergonicznych, które zachodzą zbyt wolno, nie obserwuje się nawet najmniejszego wzrostu temperatury.
Centralnym i charakterystycznym punktem tego typu reakcji termodynamicznych jest spadek energii swobodnej Gibbsa w produktach w stosunku do reagentów, co przekłada się na spontaniczność.
Indeks artykułów
Główną cechą reakcji egzergonicznej jest to, że produkty mają niższe energie swobodne Gibss niż te z reagentów lub reagentów (górny obraz). Zwykle wiąże się to z tym, że produkty są stabilniejsze chemicznie, z silniejszymi wiązaniami, bardziej dynamiczną strukturą lub bardziej „komfortowymi” warunkami..
Dlatego ta różnica energii, ΔG, jest ujemna (ΔG < 0). Al ser negativa, la reacción en teoría debe ser espontánea. Sin embargo, otros factores también definen dicha espontaneidad, como lo son la energía de activación (la altura de la colina), la temperatura, y los cambios de entalpía y entropía.
Wszystkie te zmienne, które odpowiadają naturze rozpatrywanego zjawiska lub reakcji chemicznej, pozwalają określić, czy reakcja będzie egzergoniczna. Można też zauważyć, że niekoniecznie musi to być reakcja egzotermiczna..
Gdy energia aktywacji jest bardzo wysoka, reagenty wymagają pomocy katalizatora, aby obniżyć wspomnianą barierę energetyczną. Dlatego istnieją reakcje egzergoniczne, które zachodzą przy bardzo małych prędkościach lub w ogóle nie występują..
Następujące wyrażenie matematyczne obejmuje powyższe:
ΔG = ΔH - TΔS
Termin ΔH jest dodatni, jeśli jest reakcją endotermiczną, i ujemny, jeśli jest egzotermiczny. Jeśli chcemy, aby ΔG było ujemne, człon TΔS musi być bardzo duży i dodatni, tak aby przy odejmowaniu od ΔH wynik operacji był również ujemny.
Dlatego i to jest kolejna szczególna cecha reakcji egzergonicznych: obejmują one dużą zmianę entropii układu.
Zatem biorąc pod uwagę wszystkie terminy, możemy być obecni przed reakcją egzergoniczną, ale jednocześnie endotermiczną; to znaczy przy dodatnim ΔH, bardzo wysokiej temperaturze lub dużej zmianie entropii.
Większość reakcji egzergonicznych jest również egzotermicznych, ponieważ jeśli ΔH jest ujemne i odejmując inny składnik, który jest jeszcze bardziej ujemny, otrzymamy ΔG o wartości ujemnej; chyba że TΔS jest ujemne (zmniejsza się entropia), a zatem reakcja egzotermiczna stałaby się endergoniczna (nie spontaniczna).
Należy podkreślić, że spontaniczność reakcji (niezależnie od tego, czy jest ona egzergoniczna, czy nie), w ogromnym stopniu zależy od warunków termodynamicznych; podczas gdy prędkość, z jaką przechodzi, wynika z czynników kinetycznych.
Z tego, co zostało powiedziane, wiadomo już, że reakcja egzergoniczna jest spontaniczna, niezależnie od tego, czy jest egzotermiczna, czy nie. Na przykład związek można rozpuścić w wodzie, schładzając go razem z pojemnikiem. Ten proces rozpuszczania jest endotermiczny, ale kiedy zachodzi spontanicznie, mówi się, że jest egzergoniczny.
Są reakcje „bardziej egzergiczne” niż inne. Aby się tego dowiedzieć, użyj ponownie następującego wyrażenia:
ΔG = ΔH - TΔS
Najbardziej egzergoniczne reakcje to te, które zachodzą spontanicznie we wszystkich temperaturach. Oznacza to, że niezależnie od wartości T w poprzednim wyrażeniu, ΔH jest ujemne, a ΔS dodatnie (ΔH < 0 y ΔS > 0). Są więc reakcjami bardzo egzotermicznymi, co nie zaprzecza pierwotnej idei.
Podobnie, mogą wystąpić reakcje egzotermiczne, w których entropia układu spada (ΔS < 0); tal como sucede en la síntesis de macromoléculas o polímeros. En este caso, son reacciones exergónicas solamente a bajas temperaturas, ya que de lo contrario el término TΔS sería muy grande y negativo.
Z drugiej strony istnieją reakcje, które są spontaniczne tylko w wysokich temperaturach: gdy ΔH jest dodatnia i ΔS dodatnia (ΔH> 0 i ΔS> 0). Mówimy o reakcjach endotermicznych. Dlatego spadki temperatury mogą zachodzić spontanicznie, ponieważ niosą ze sobą wzrost entropii..
Tymczasem zdarzają się reakcje, które wcale nie są egzergoniczne: gdy ΔH i ΔS mają wartości dodatnie. W takim przypadku, bez względu na temperaturę, reakcja nigdy nie zajdzie spontanicznie. Dlatego mówimy o niespontanicznej reakcji endergonicznej.
Chemia zwykle charakteryzuje się tym, że jest wybuchowa i jasna, dlatego zakłada się, że większość reakcji jest egzotermiczna i egzergoniczna.
Reakcje egzergoniczne to spalanie alkanów, olefin, węglowodorów aromatycznych, cukrów itp..
Podobnie utleniania metali są egzergoniczne, chociaż zachodzą wolniej..
Są jednak inne procesy, bardziej subtelne, które są również egzergoniczne i bardzo ważne: reakcje kataboliczne naszego metabolizmu. Tu rozkładane są makrocząsteczki, które pełnią rolę rezerwuarów energii, uwalniając się w postaci ciepła i ATP, dzięki czemu organizm spełnia wiele swoich funkcji..
Najbardziej charakterystyczną z tych reakcji jest oddychanie komórkowe, w przeciwieństwie do fotosyntezy, w której węglowodany są „spalane” tlenem, aby przekształcić je w małe cząsteczki (COdwa i HdwaO) i energii.
Wśród innych reakcji egzergonicznych mamy wybuchowy rozkład trójjodku azotu NI3; dodanie metali alkalicznych do wody, a następnie eksplozja; syntezy polimerów etoksylowanych żywic; neutralizacje kwasowo-zasadowe w roztworze wodnym; i reakcje chemo-luminescencyjne.
Jeszcze bez komentarzy