EKSERGONINĖ REAKCIJA: CHARAKTERISTIKOS IR PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025

Exergonic reakcija yra vienas, kad įvyksta spontaniškai ir paprastai yra siejamas su energijos išleidimo, arba į šilumos, šviesos ar garso forma. Kai išsiskiria šiluma, sakoma, kad mūsų laukia egzoterminė ir egzergoninė reakcija.

Štai kodėl sąvokos „egzoterminė“ ir „egzergoninė“ yra painiojamos, klaidingai traktuojamos kaip sinonimai. Taip yra todėl, kad daugelis egzoterminių reakcijų taip pat yra egzergoninės. Todėl, jei pastebimas didelis šilumos ir šviesos išsiskyrimas, toks, kokį sukelia gaisras, galima manyti, kad tai įvyksta dėl egzergoninės reakcijos.

Medienos deginimas yra egzoterminės ir tuo pat metu egzergoninės reakcijos pavyzdys. Šaltinis: „Pixnio“.

Tačiau išleista energija gali likti nepastebėta ir negali būti tokia nuostabi. Pvz., Skysta terpė gali šiek tiek įkaisti ir vis tiek būti eksergoninės reakcijos rezultatas. Kai kuriose pernelyg lėtai vykstančiose eksergoninėse reakcijose nepastebimas net mažiausias temperatūros pakilimas.

Pagrindinis ir būdingas šio tipo termodinaminių reakcijų taškas yra laisvojo Gibso energijos sumažėjimas produktuose reaktyviųjų medžiagų atžvilgiu, o tai reiškia spontaniškumą.

Eksergoninių reakcijų charakteristika

Bendroji schema

Egzergoninės reakcijos energijos schema. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Pagrindinė egzergoninės reakcijos savybė yra ta, kad produktai turi mažesnę energiją be Gibsso nei reagentai ar reagentai (vaizdas iš viršaus). Šis faktas paprastai susijęs su tuo, kad produktai yra chemiškai stabilesni, su stipresnėmis jungtimis, dinamiškesnėmis struktūromis ar „patogesnėmis“ sąlygomis.

Todėl šis energijos skirtumas, ΔG, yra neigiamas (ΔG <0). Neigiama reakcija teoriškai turėtų būti spontaniška. Tačiau šį spontaniškumą taip pat apibūdina kiti veiksniai, tokie kaip aktyvacijos energija (kalno aukštis), temperatūra ir entalpijos bei entropijos pokyčiai.

Visi šie kintamieji, kurie reaguoja į nagrinėjamo reiškinio ar cheminės reakcijos pobūdį, leidžia nustatyti, ar reakcija bus egzorgoninė, ar ne. Taip pat bus matyti, kad tai nebūtinai turi būti egzoterminė reakcija.

Kai aktyvacijos energija yra labai didelė, reaktantams reikalinga katalizatoriaus pagalba, norint nuleisti minėtą energijos barjerą. Štai kodėl yra egzergoninės reakcijos, vykstančios esant labai mažam greičiui, arba jos iš viso nevyksta.

Sistemos laisvos energijos sumažėjimas

Ši matematinė išraiška apima aukščiau paminėtą:

ΔG = ΔH - TΔS

ΔH terminas yra teigiamas, jei tai yra endoterminė reakcija, ir neigiamas, jei jis yra egzoterminis. Jei norime, kad ΔG būtų neigiamas, TΔS terminas turi būti labai didelis ir teigiamas, kad atimant iš ΔH operacijos rezultatas taip pat būtų neigiamas.

Taigi, ir tai yra dar vienas ypatingas egzergoninių reakcijų bruožas: jie susiję su dideliais sistemos entropijos pokyčiais.

Taigi, atsižvelgiant į visus terminus, mes galime būti prieš egzergoninę reakciją, bet tuo pat metu ir endoterminę; tai yra, esant teigiamam ΔH, labai aukštai temperatūrai arba dideliam entropijos pokyčiui.

Daugelis egzergoninių reakcijų taip pat yra egzoterminės, nes jei ΔH yra neigiamas ir atimdami kitą dar neigiamesnį terminą, mes turėsime ΔG su neigiama reikšme; nebent TΔS būtų neigiamas (entropija mažėja), todėl egzoterminė reakcija taptų endergoniška (ne savaiminė).

Svarbu pabrėžti, kad reakcijos spontaniškumas (nesvarbu, ar tai egzergoniška, ar ne) labai priklauso nuo termodinaminių sąlygų; tuo tarpu greitį, kuriuo jis važiuoja, lemia kinetiniai veiksniai.

Egzergoninės reakcijos spontaniškumas

Iš to, kas buvo pasakyta, jau žinoma, kad egzergoninė reakcija yra spontaniška, nesvarbu, ar ji egzoterminė, ar ne. Pvz., Junginį galima ištirpinti vandenyje atvėsinant jį kartu su jo indu. Šis tirpimo procesas yra endoterminis, tačiau kai jis įvyksta savaime, sakoma, kad jis yra egzergoninis.

Egzoterminė reakcija

Yra „daugiau egzergoninių“ reakcijų nei kitos. Norėdami sužinoti, vėl laikykite šią išraišką patogią:

ΔG = ΔH - TΔS

Labiausiai egzergoninės reakcijos yra tos, kurios vyksta spontaniškai esant bet kokiai temperatūrai. Tai yra, nepriklausomai nuo T reikšmės aukščiau pateiktoje išraiškoje, ΔH yra neigiamas ir ΔS teigiamas (ΔH <0 ir ΔS> 0). Todėl tai yra labai egzoterminės reakcijos, kurios neprieštarauja pradinei idėjai.

Taip pat gali būti egzoterminių reakcijų, kai sumažėja sistemos entropija (ΔS <0); lygiai taip pat, kaip vyksta makromolekulių ar polimerų sintezėje. Šiuo atveju tai yra eksergoninės reakcijos tik žemoje temperatūroje, nes kitaip TΔS terminas būtų labai didelis ir neigiamas.

Endoterminė reakcija

Kita vertus, yra reakcijų, kurios aukštoje temperatūroje vyksta tik spontaniškai: kai ΔH yra teigiamas ir ΔS teigiamas (ΔH> 0 ir ΔS> 0). Mes kalbame apie endotermines reakcijas. Štai kodėl temperatūra gali mažėti savaime, nes entropija padidėja.

Tuo tarpu yra reakcijų, kurios nėra visiškai egzorgoninės: kai ΔH ir ΔS turi teigiamas reikšmes. Nesvarbu, kokia temperatūra yra, reakcija niekada neįvyks savaime. Mes kalbame apie nespontanišką endergoninę reakciją.

Eksergoninių reakcijų pavyzdžiai

Chemija paprastai apibūdinama kaip sprogi ir ryški, todėl manoma, kad dauguma reakcijų yra egzoterminės ir egzergoninės.

Degimas

Eksergoninės reakcijos yra alkanų, olefinų, aromatinių angliavandenilių, cukraus ir kt. Degimas.

Metalo oksidacijos

Taip pat metalų oksidacijos yra eksergoninės, nors jos vyksta lėčiau.

Katabolinės organizmo reakcijos

Tačiau yra ir kitų, subtilesnių, procesų, kurie taip pat yra eksergoniniai ir labai svarbūs: mūsų metabolizmo katabolinės reakcijos. Čia suskaidomos makromolekulės, veikiančios kaip energijos rezervuarai, išskirdamos save šilumos ir ATP pavidalu ir dėka kūnas atlieka daugelį savo funkcijų.

Simboliškiausias iš šių reakcijų yra ląstelių kvėpavimas, priešingai nei fotosintezė, kai angliavandeniai „deginami“ su deguonimi, kad jie būtų paversti mažomis molekulėmis (CO ₂ ir H ₂ O) ir energija.

Kiti

Tarp kitų egzergoninių reakcijų turime sprogstamąjį azoto trijodido, NI _3, skaidymą ; šarminių metalų pridėjimas prie vandens, po kurio įvyksta sprogimas; etoksilintų dervų polimerinė sintezė; rūgščių ir šarmų neutralizavimas vandeniniame tirpale; ir chemoliuminescencinės reakcijos.

Nuorodos

1. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
2. Walteris J. Moore'as. (1963). Fizikinė chemija. Cheminėje kinetikoje. Ketvirtasis leidimas, Longmansas.
3. Ira N. Levine. (2009). Fizikochemijos principai. Šeštas leidimas, 479–540 psl. Mc Graw Hill.
4. Vikipedija. (2020). Eksergoninė reakcija. Atkurta iš: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019 m. Rugsėjo 16 d.). Endergoninės ir egzergoninės reakcijos ir procesai. Atgauta iš: thinkco.com
6. Eksergoninė reakcija: apibrėžimas ir pavyzdys. (2015 m. Rugsėjo 18 d.). Atgauta iš: study.com
7. Khano akademija. (2018 m.). Laisva energija. Atkurta iš: es.khanacademy.org