Vlastnosti a příklady exergonické reakce

1713
Simon Doyle

A exergonická reakce Je to ten, který se vyskytuje spontánně a který je obecně doprovázen uvolňováním energie, buď ve formě tepla, světla nebo zvuku. Když se uvolní teplo, říká se, že čelíme exotermické a exergonické reakci.

Proto jsou termíny „exotermické“ a „exergonické“ zaměňovány a mylně považovány za synonyma. Je to proto, že mnoho exotermických reakcí je také exergonických. Pokud je tedy pozorováno velké uvolňování tepla a světla, jako je to způsobené zapálením ohně, lze předpokládat, že se jedná o exergonickou reakci.

Spalování dřeva je příkladem exotermické a zároveň exergonické reakce. Zdroj: Pixnio.

Uvolněná energie však může zůstat bez povšimnutí a nemusí být tak překvapivá. Například kapalné médium se může mírně zahřát a stále může být výsledkem exergonické reakce. U některých exergonických reakcí, které probíhají příliš pomalu, není pozorován ani ten nejmenší nárůst teploty.

Ústředním a charakteristickým bodem tohoto typu termodynamických reakcí je pokles Gibbsovy volné energie v produktech vzhledem k reaktantům, což se promítá do spontánnosti.

Rejstřík článků

  • 1 Charakteristika exergonických reakcí
    • 1.1 Obecné schéma
    • 1.2 Snížení volné energie systému
    • 1.3 Spontánnost exergonické reakce
    • 1.4 Exotermická reakce
    • 1.5 Endotermická reakce
  • 2 Příklady exergonických reakcí
    • 2.1 Spalování
    • 2.2 Oxidace kovů
    • 2.3 Katabolické reakce těla
    • 2.4 Ostatní
  • 3 Odkazy

Charakteristika exergonických reakcí

Obecné schéma

Energetický diagram pro exergonickou reakci. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Hlavní charakteristikou exergonické reakce je, že produkty mají nižší Gibssovy volné energie než reaktanty nebo reaktanty (horní obrázek). Tato skutečnost je obvykle spojena se skutečností, že výrobky jsou chemicky stabilnější, se silnějšími vazbami, dynamičtějšími strukturami nebo „pohodlnějšími“ podmínkami..

Proto je tento energetický rozdíl ΔG záporný (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.

Všechny tyto proměnné, které reagují na povahu uvažovaného jevu nebo chemické reakce, umožňují určit, zda reakce bude či nebude exergonická. A bude také vidět, že to nemusí nutně být exotermická reakce..

Když je aktivační energie velmi vysoká, vyžadují reaktanty ke snížení uvedené energetické bariéry pomoc katalyzátoru. Proto existují exergonické reakce, které se vyskytují při velmi nízkých rychlostech, nebo k nim vůbec nedochází..

Snížení volné energie systému

Následující matematický výraz zahrnuje výše uvedené:

ΔG = ΔH - TΔS

Termín ΔH je pozitivní, pokud se jedná o endotermickou reakci, a negativní, pokud je exotermní. Pokud chceme, aby ΔG bylo záporné, musí být termín TΔS velmi velký a kladný, takže při odečtení od ΔH je výsledek operace také záporný.

Proto a toto je další speciální charakteristika exergonických reakcí: zahrnují velkou změnu entropie systému.

Když tedy vezmeme v úvahu všechny termíny, můžeme být přítomni před exergonickou reakcí, ale zároveň endotermní; to znamená s kladným ΔH, velmi vysokou teplotou nebo velkou změnou entropie.

Většina exergonických reakcí je také exotermická, protože pokud je ΔH záporné, a odečtením dalšího členu, který je ještě více záporný, budeme mít následně ΔG se zápornou hodnotou; pokud TΔS není negativní (entropie klesá), a proto by exotermická reakce byla endergonická (ne spontánní).

Je důležité zdůraznit, že spontánnost reakce (bez ohledu na to, zda je exergonická nebo ne) závisí výrazně na termodynamických podmínkách; zatímco rychlost, s níž projíždí, je způsobena kinetickými faktory.

Spontánnost exergonické reakce

Z toho, co bylo řečeno, je již známo, že exergonická reakce je spontánní, bez ohledu na to, zda je nebo není exotermická. Například lze sloučeninu rozpustit ve vodě ochlazením společně s nádobou. Tento proces rozpouštění je endotermický, ale když k němu dojde spontánně, říká se o něm, že je exergonický.

Exotermická reakce

Existují „více exergonické“ reakce než jiné. Chcete-li to zjistit, mějte po ruce následující výraz:

ΔG = ΔH - TΔS

Nejexergoničtější reakce jsou reakce, které se vyskytují spontánně při všech teplotách. To znamená, že bez ohledu na hodnotu T v předchozím výrazu, ΔH je negativní a ΔS pozitivní (ΔH < 0 y ΔS > 0). Jedná se tedy o velmi exotermní reakce, což není v rozporu s původní myšlenkou.

Podobně mohou nastat exotermické reakce, při nichž entropie systému klesá (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.

Endotermická reakce

Na druhou stranu existují reakce, které jsou spontánní pouze při vysokých teplotách: když je ΔH pozitivní a ΔS pozitivní (ΔH> 0 a ΔS> 0). Mluvíme o endotermických reakcích. Proto může dojít ke spontánnímu snížení teploty, protože s sebou nesou zvýšení entropie..

Mezitím existují reakce, které vůbec nejsou exergonické: když ΔH a ΔS mají kladné hodnoty. V tomto případě, bez ohledu na teplotu, reakce nikdy nenastane spontánně. Mluvíme tedy o nespontánní endergonické reakci.

Příklady exergonických reakcí

Chemie je obvykle charakterizována tím, že je výbušná a jasná, takže se předpokládá, že většina reakcí je exotermická a exergonická.

Spalování

Exergonické reakce jsou spalování alkanů, olefinů, aromatických uhlovodíků, cukrů atd..

Oxidace kovů

Podobně jsou oxidace kovů exergonické, i když probíhají pomaleji..

Katabolické reakce těla

Existují však i další procesy, jemnější, které jsou také exergonické a velmi důležité: katabolické reakce našeho metabolismu. Zde se rozkládají makromolekuly, které fungují jako zásobníky energie, uvolňují se ve formě tepla a ATP a díky nimž tělo plní mnoho svých funkcí..

Nejtypičtější z těchto reakcí je buněčné dýchání, na rozdíl od fotosyntézy, kde se sacharidy „spalují“ kyslíkem, aby se přeměnily na malé molekuly (COdva a HdvaO) a energie.

Ostatní

Mezi další exergonické reakce patří explozivní rozklad trijodidu dusíku, NI3; přidání alkalických kovů do vody s následnou explozí; polymerní syntézy ethoxylovaných pryskyřic; acidobazická neutralizace ve vodném roztoku; a chemoluminiscenční reakce.

Reference

  1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie. (8. vydání). Učení CENGAGE.
  2. Walter J. Moore. (1963). Fyzikální chemie. V chemické kinetice. Čtvrté vydání, Longmans.
  3. Ira N. Levine. (2009). Principy fyzikálně-chemické. Šesté vydání, str. 479-540. Mc Graw Hill.
  4. Wikipedia. (2020). Exergonická reakce. Obnoveno z: en.wikipedia.org
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (16. září 2019). Endergonické vs. exergonické reakce a procesy. Obnoveno z: thoughtco.com
  6. Exergonická reakce: Definice a příklad. (2015, 18. září). Obnoveno z: study.com
  7. Khan Academy. (2018). Energie zdarma. Obnoveno z: es.khanacademy.org

Zatím žádné komentáře