Eksergoniske reaktionsegenskaber og eksempler

4951
Sherman Hoover

EN exergonisk reaktion Det er en, der forekommer spontant, og som generelt ledsages af en frigivelse af energi, enten i form af varme, lys eller lyd. Når varme frigives, siges det, at vi står over for en eksoterm og exergon reaktion.

Derfor forveksles udtrykkene 'eksotermisk' og 'eksergonisk' og fejlagtigt behandles som synonymer. Dette skyldes, at mange eksoterme reaktioner også er exergoniske. Derfor, hvis der observeres en stor frigivelse af varme og lys, såsom den, der er forårsaget af at tænde en brand, kan det antages, at den består af en exergonisk reaktion.

Forbrændingen af ​​træ er et eksempel på en eksoterm og samtidig exergon reaktion. Kilde: Pixnio.

Imidlertid kan frigivet energi gå ubemærket hen og er måske ikke så overraskende. For eksempel kan et flydende medium varme lidt op og stadig være resultatet af en exergonisk reaktion. I nogle exergoniske reaktioner, der finder sted for langsomt, observeres ikke engang den mindste temperaturstigning.

Det centrale og karakteristiske punkt for denne type termodynamiske reaktioner er faldet i Gibbs fri energi i produkterne i forhold til reaktanterne, hvilket oversættes til spontanitet.

Artikelindeks

  • 1 Karakteristik af exergoniske reaktioner
    • 1.1 Generelt diagram
    • 1.2 Fald i systemets frie energi
    • 1.3 Spontanitet ved en exergonisk reaktion
    • 1.4 Eksoterm reaktion
    • 1.5 Endoterm reaktion
  • 2 Eksempler på exergoniske reaktioner
    • 2.1 Forbrænding
    • 2.2 Metaloxidationer
    • 2.3 Katabolske reaktioner i kroppen
    • 2.4 Andre
  • 3 Referencer

Karakteristik af exergoniske reaktioner

Generelt diagram

Energidiagram for en eksergonisk reaktion. Kilde: Gabriel Bolívar.

Hovedkarakteristikken ved en exergonisk reaktion er, at produkterne har lavere Gibss-fri energi end reaktanterne eller reaktanterne (øverste billede). Denne kendsgerning er normalt forbundet med det faktum, at produkterne er kemisk mere stabile, med stærkere bindinger, mere dynamiske strukturer eller mere “behagelige” forhold..

Derfor er denne energiforskel, ΔG, negativ (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.

Alle disse variabler, som reagerer på karakteren af ​​fænomenet eller den kemiske reaktion, der overvejes, gør det muligt at bestemme, om en reaktion vil være exergon. Og det vil også ses, at det ikke nødvendigvis behøver at være en eksoterm reaktion..

Når aktiveringsenergien er meget høj, kræver reaktanterne hjælp fra en katalysator til at sænke energibarrieren. Derfor er der exergoniske reaktioner, der forekommer ved meget lave hastigheder, eller som slet ikke forekommer i første omgang..

Fald i systemets frie energi

Følgende matematiske udtryk omfatter ovennævnte:

ΔG = ΔH - TΔS

ΔH-udtrykket er positivt, hvis det er en endoterm reaktion, og negativt, hvis det er eksotermt. Hvis vi ønsker, at ΔG skal være negativ, skal udtrykket TΔS være meget stort og positivt, så når resultatet trækkes fra ΔH, er resultatet af operationen også negativt.

Derfor, og dette er et andet specielt kendetegn ved exergoniske reaktioner: de involverer en stor ændring i systemets entropi.

Under hensyntagen til alle termer kan vi således være til stede før en exergonisk reaktion, men samtidig endoterm; det vil sige med positiv ΔH, en meget høj temperatur eller en stor entropiændring.

De fleste exergoniske reaktioner er også eksoterme, fordi hvis ΔH er negativ, og ved at trække et andet udtryk, der er endnu mere negativt, vil vi følgelig have en ΔG med en negativ værdi; medmindre TΔS er negativ (entropi falder), og derfor vil den eksoterme reaktion blive endergonisk (ikke spontan).

Det er vigtigt at fremhæve, at reaktionens spontanitet (hvad enten den er exergon eller ej), afhænger enormt af termodynamiske forhold; mens den hastighed, hvormed den passerer, skyldes kinetiske faktorer.

Spontanitet ved en exergonisk reaktion

Fra det, der er blevet sagt, er det allerede kendt, at en exergonisk reaktion er spontan, uanset om den er eksoterm. For eksempel kan en forbindelse opløses i vand ved at afkøle den sammen med dens beholder. Denne opløsningsproces er endoterm, men når det sker spontant, siges det at være eksergonisk.

Eksoterm reaktion

Der er “mere exergoniske” reaktioner end andre. For at finde ud af, skal du have følgende udtryk praktisk igen:

ΔG = ΔH - TΔS

De mest exergoniske reaktioner er de, der forekommer spontant ved alle temperaturer. Det vil sige, uanset værdien af ​​T i det foregående udtryk, er ΔH negativ og ΔS positiv (ΔH < 0 y ΔS > 0). De er derfor meget eksoterme reaktioner, hvilket ikke modsiger den oprindelige idé.

Ligeledes kan der være eksotermiske reaktioner, hvor systemets entropi falder (AS < 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.

Endoterm reaktion

På den anden side er der reaktioner, der kun er spontane ved høje temperaturer: når ΔH er positiv og ΔS positiv (ΔH> 0 og ΔS> 0). Vi taler om endotermiske reaktioner. Derfor kan temperaturfald falde spontant, da de medfører en stigning i entropi..

I mellemtiden er der reaktioner, der slet ikke er exergoniske: når ΔH og ΔS har positive værdier. I dette tilfælde, uanset temperaturen, vil reaktionen aldrig ske spontant. Vi taler derfor om en ikke-spontan endergonisk reaktion.

Eksempler på exergoniske reaktioner

Kemi er normalt karakteriseret ved at være eksplosiv og lys, så det antages, at de fleste reaktioner er eksoterme og eksergiske.

Forbrænding

Exergoniske reaktioner er forbrænding af alkaner, olefiner, aromatiske carbonhydrider, sukkere osv..

Metaloxidationer

Ligeledes er metaloxidationer exergoniske, skønt de finder sted langsommere..

Katabolske reaktioner i kroppen

Der er dog andre processer, mere subtile, der også er exergoniske og meget vigtige: de katabolske reaktioner i vores stofskifte. Her brydes makromolekyler ned, der fungerer som energireservoirer og frigiver sig i form af varme og ATP, og takket være hvilke kroppen udfører mange af sine funktioner..

Den mest symbolske af disse reaktioner er cellulær respiration i modsætning til fotosyntese, hvor kulhydrater "brændes" med ilt for at omdanne dem til små molekyler (COto og HtoO) og energi.

Andre

Blandt andre exergoniske reaktioner har vi den eksplosive nedbrydning af nitrogentriiodid, NI3; tilsætningen af ​​alkalimetaller til vand efterfulgt af en eksplosion polymersynteser af ethoxylerede harpikser; syrebasneutraliseringer i vandig opløsning; og kemo-luminescerende reaktioner.

Referencer

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8. udgave). CENGAGE Læring.
  2. Walter J. Moore. (1963). Fysisk kemi. I kemisk kinetik. Fjerde udgave, Longmans.
  3. Ira N. Levine. (2009). Principper for fysisk-kemi. Sjette udgave, s. 479-540. Mc Graw Hill.
  4. Wikipedia. (2020). Exergonic reaktion. Gendannet fra: en.wikipedia.org
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (16. september 2019). Endergonic vs Exergonic Reaktioner og processer. Gendannet fra: thoughtco.com
  6. Exergonic Reaction: Definition & Eksempel. (2015, 18. september). Gendannet fra: study.com
  7. Khan Academy. (2018). Gratis energi. Gendannet fra: es.khanacademy.org

Endnu ingen kommentarer