ЭКЗЭРГОНИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

Экзэргоническая реакция является тот , который происходит спонтанно и , как правило , сопровождается выделением энергии, либо в виде тепла, свет или звук. Когда выделяется тепло, говорят, что мы сталкиваемся с экзотермической и экзергонической реакцией.

Вот почему термины «экзотермический» и «экзергонический» путают, ошибочно считая их синонимами. Это связано с тем, что многие экзотермические реакции также являются экзергоническими. Следовательно, если наблюдается большое выделение тепла и света, например, вызванное разжиганием огня, можно предположить, что оно представляет собой экзергоническую реакцию.

Горение древесины является примером экзотермической и в то же время экзергонической реакции. Источник: Pixnio.

Однако высвобождаемая энергия может остаться незамеченной и не так уж удивительна. Например, жидкая среда может немного нагреваться и все же быть результатом экзергонической реакции. В некоторых экссергонических реакциях, протекающих слишком медленно, не наблюдается даже малейшего повышения температуры.

Центральным и характерным моментом этого типа термодинамических реакций является уменьшение свободной энергии Гиббса в продуктах по отношению к реагентам, что приводит к спонтанности.

Характеристики экзэргонических реакций

Общая схема

Энергетическая диаграмма экзэргонической реакции. Источник: Габриэль Боливар.

Основная характеристика экзэргонической реакции состоит в том, что продукты имеют более низкую свободную энергию Гибсса, чем у реагентов или реагентов (верхнее изображение). Этот факт обычно связывают с более высокой химической стабильностью продуктов, более прочными связями, более динамическими структурами или более «комфортными» условиями.

Следовательно, эта разность энергий ΔG отрицательна (ΔG <0). Теоретически реакция, будучи отрицательной, должна быть спонтанной. Однако другие факторы также определяют эту спонтанность, такие как энергия активации (высота холма), температура и изменения энтальпии и энтропии.

Все эти переменные, которые зависят от природы рассматриваемого явления или химической реакции, позволяют определить, будет ли реакция экзергонической. И также будет видно, что это не обязательно должна быть экзотермическая реакция.

Когда энергия активации очень высока, реагентам требуется помощь катализатора для снижения указанного энергетического барьера. Вот почему существуют экзэргонические реакции, которые происходят на очень низких скоростях или вообще не происходят.

Уменьшение свободной энергии системы

Следующее математическое выражение охватывает вышеупомянутое:

ΔG = ΔH - TΔS

Член ΔH положительный, если это эндотермическая реакция, и отрицательный, если это экзотермическая реакция. Если мы хотим, чтобы ΔG было отрицательным, член TΔS должен быть очень большим и положительным, чтобы при вычитании из ΔH результат операции также был отрицательным.

Следовательно, и это еще одна особенность экзергонических реакций: они связаны с большим изменением энтропии системы.

Таким образом, принимая во внимание все условия, мы можем присутствовать перед экзергонической реакцией, но в то же время эндотермической; то есть с положительным значением ΔH, очень высокой температурой или большим изменением энтропии.

Большинство экзэргонических реакций также являются экзотермическими, потому что, если ΔH отрицательно, и вычитая еще один член, который является еще более отрицательным, мы, следовательно, получим ΔG с отрицательным значением; если TΔS не является отрицательным (энтропия уменьшается), и поэтому экзотермическая реакция станет эндергонической (а не спонтанной).

Важно подчеркнуть, что спонтанность реакции (независимо от того, является ли она экзергонической или нет) в значительной степени зависит от термодинамических условий; а скорость, с которой он проходит, обусловлена ​​кинетическими факторами.

Спонтанность экзэргонической реакции

Из сказанного уже известно, что экзэргоническая реакция является спонтанной, независимо от того, является ли она экзотермической или нет. Например, соединение можно растворить в воде, охладив его вместе с контейнером. Этот процесс растворения является эндотермическим, но когда он происходит спонтанно, его называют экзергоническим.

Экзотермическая реакция

Есть более «экзергонические» реакции, чем другие. Чтобы узнать это, снова используйте следующее выражение:

ΔG = ΔH - TΔS

Наиболее эксергонические реакции происходят спонтанно при любых температурах. То есть, независимо от значения T в приведенном выше выражении, ΔH является отрицательным, а ΔS положительным (ΔH <0 и ΔS> 0). Следовательно, это очень экзотермические реакции, что не противоречит исходной идее.

Точно так же могут иметь место экзотермические реакции, при которых энтропия системы уменьшается (ΔS <0); так же, как это происходит при синтезе макромолекул или полимеров. В данном случае это экзэргонические реакции только при низких температурах, поскольку в противном случае член TΔS был бы очень большим и отрицательным.

Эндотермическая реакция

С другой стороны, есть реакции, которые происходят только самопроизвольно при высоких температурах: когда ΔH положительно, а ΔS положительно (ΔH> 0 и ΔS> 0). Речь идет об эндотермических реакциях. Вот почему понижение температуры может происходить самопроизвольно, поскольку они несут с собой увеличение энтропии.

Между тем есть реакции, которые совсем не экзэргонические: когда ΔH и ΔS имеют положительные значения. В этом случае, какой бы ни была температура, реакция никогда не произойдет самопроизвольно. Речь идет о неспонтанной эндергонической реакции.

Примеры экзэргонических реакций

Химия обычно характеризуется взрывоопасностью и яркостью, поэтому предполагается, что большинство реакций являются экзотермическими и экзергоническими.

Горение

Экзергонические реакции - это горение алканов, олефинов, ароматических углеводородов, сахаров и т. Д.

Окисление металлов

Точно так же окисление металлов экзергоническое, хотя и происходит медленнее.

Катаболические реакции организма

Однако есть и другие процессы, более тонкие, которые также являются экзэргоническими и очень важными: катаболические реакции нашего метаболизма. Здесь распадаются макромолекулы, которые действуют как резервуары энергии, высвобождая себя в виде тепла и АТФ, благодаря чему организм выполняет многие из своих функций.

Наиболее характерной из этих реакций является клеточное дыхание, в отличие от фотосинтеза, когда углеводы «сжигаются» кислородом, превращая их в небольшие молекулы (CO ₂ и H ₂ O) и энергию.

другие

Среди других экзэргонических реакций - взрывное разложение трииодида азота, NI ₃ ; добавление щелочных металлов в воду с последующим взрывом; полимерный синтез этоксилированных смол; кислотно-щелочная нейтрализация в водном растворе; и хемо-люминесцентные реакции.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Уолтер Дж. Мур. (1963). Физическая химия. В химической кинетике. Четвертое издание, Лонгманс.
3. Ира Н. Левин. (2009). Основы физико-химии. Издание шестое, стр. 479-540. Мак Гроу Хилл.
4. Wikipedia. (2020). Экзэргоническая реакция. Получено с: en.wikipedia.org
5. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (16 сентября 2019 г.). Эндергонические против экзэргонических реакций и процессов. Получено с: thinkco.com
6. Экзэргоническая реакция: определение и пример. (2015, 18 сентября). Получено с: study.com
7. Ханская академия. (2018). Свободная энергия. Получено с: es.khanacademy.org