EKSERGONISK REAKSJON: KJENNETEGN OG EKSEMPLER - KJEMI - 2025

En eksergonisk reaksjon er en som oppstår spontant og ledsages vanligvis av en frigjøring av energi, enten i form av varme, lys eller lyd. Når det frigjøres varme, sies det at vi står overfor en eksoterm og eksergonisk reaksjon.

Det er grunnen til at begrepene 'eksotermisk' og 'eksergonisk' blir forvirret og blir feilaktig behandlet som synonymer. Dette fordi mange eksoterme reaksjoner også er eksergoniske. Derfor, hvis man observerer en stor frigjøring av varme og lys, slik som forårsaket av å tenne en brann, kan det antas at den består av en eksergonisk reaksjon.

Forbrenning av tre er et eksempel på en eksoterm og samtidig exergonisk reaksjon. Kilde: Pixnio.

Imidlertid kan energien som frigjøres gå upåaktet hen og er kanskje ikke så overraskende. For eksempel kan et flytende medium varme litt opp og fremdeles være et resultat av en eksergonisk reaksjon. I noen exergoniske reaksjoner som går for sakte, blir ikke engang den minste temperaturøkningen observert.

Det sentrale og karakteristiske poenget med denne typen termodynamiske reaksjoner er reduksjonen i Gibbs frie energi i produktene med hensyn til reaktantene, noe som resulterer i spontanitet.

Kjennetegn på eksergoniske reaksjoner

Generelt diagram

Energidiagram for en eksergonisk reaksjon. Kilde: Gabriel Bolívar.

Hovedtrekket ved en eksergonisk reaksjon er at produktene har lavere Gibss-frie energi enn reaktantene eller reaktantene (øvre bilde). Dette faktum er vanligvis forbundet med at produktene er kjemisk mer stabile, med sterkere bindinger, mer dynamiske strukturer eller mer "komfortable" forhold.

Derfor er denne energiforskjellen, ΔG, negativ (ΔG <0). Å være negativ, bør reaksjonen i teorien være spontan. Andre faktorer definerer imidlertid også denne spontaniteten, for eksempel aktiveringsenergi (høyden på bakken), temperatur og endringer i entalpi og entropi.

Alle disse variablene, som svarer til arten av fenomenet eller kjemisk reaksjon som vurderes, gjør det mulig å bestemme om en reaksjon vil være eksergon eller ikke. Og det vil også sees at det ikke nødvendigvis trenger å være en eksoterm reaksjon.

Når aktiveringsenergien er veldig høy, krever reaktantene hjelp av en katalysator for å senke nevnte energisperre. Det er derfor det er eksergoniske reaksjoner som oppstår i veldig lave hastigheter, eller som ikke forekommer i det hele tatt i utgangspunktet.

Nedgang i ledig energi i systemet

Følgende matematiske uttrykk omfatter de nevnte:

ΔG = ΔH - TΔS

TermH-uttrykket er positivt hvis det er en endoterm reaksjon, og negativt hvis det er eksotermisk. Hvis vi ønsker at ΔG skal være negativ, må TΔS-termen være veldig stor og positiv, slik at når vi trekker fra ΔH, blir resultatet av operasjonen også negativt.

Derfor, og dette er et annet spesielt trekk ved eksergoniske reaksjoner: De innebærer en stor endring i systemets entropi.

Således tar vi hensyn til alle begrepene, kan vi være til stede før en eksergonisk reaksjon, men samtidig endotermisk; det vil si med positiv ΔH, en veldig høy temperatur eller en stor entropiforandring.

De fleste eksergoniske reaksjoner er også eksoterme, fordi hvis ΔH er negativ, og ved å trekke fra et annet begrep som er enda mer negativt, vil vi følgelig ha en ΔG med en negativ verdi; med mindre TΔS er negativ (entropien avtar), og derfor ville den eksoterme reaksjonen bli endergonic (ikke spontan).

Det er viktig å fremheve at spontaniteten til en reaksjon (enten den er eksergonisk eller ikke), i stor grad avhenger av termodynamiske forhold; mens hastigheten som den passerer skyldes kinetiske faktorer.

Spontanitet av en eksergonisk reaksjon

Fra det som er blitt sagt er det allerede kjent at en eksergonisk reaksjon er spontan, uansett om den er eksoterm. For eksempel kan en forbindelse oppløses i vann ved å avkjøle den sammen med beholderen. Denne oppløsningsprosessen er endotermisk, men når den skjer spontant, sies den å være eksergonisk.

Eksoterm reaksjon

Det er "mer eksergoniske" reaksjoner enn andre. For å finne ut av det, hold følgende uttrykk hendig igjen:

ΔG = ΔH - TΔS

De mest exergoniske reaksjonene er de som oppstår spontant ved alle temperaturer. Det vil si, uavhengig av verdien av T i uttrykket ovenfor, er negativeH negativ og ΔS positiv (ΔH <0 og ΔS> 0). Det er derfor veldig eksoterme reaksjoner, noe som ikke er i strid med den første ideen.

På samme måte kan det være eksoterme reaksjoner der systemets entropi avtar (ΔS <0); akkurat som det skjer i syntesen av makromolekyler eller polymerer. I dette tilfellet er det eksergoniske reaksjoner bare ved lave temperaturer, ettersom TΔS-betegnelsen ellers ville være veldig stor og negativ.

Endotermisk reaksjon

På den annen side er det reaksjoner som bare er spontane ved høye temperaturer: når ΔH er positiv og ΔS positiv (ΔH> 0 og ΔS> 0). Vi snakker om endotermiske reaksjoner. Det er grunnen til at reduksjon i temperatur kan oppstå spontant, siden de fører med seg en økning i entropi.

I mellomtiden er det reaksjoner som ikke er eksergoniske i det hele tatt: når ΔH og ΔS har positive verdier. I dette tilfellet, uansett hva temperaturen er, vil reaksjonen aldri skje spontant. Vi snakker om en ikke-spontan endergonic reaksjon.

Eksempler på eksergoniske reaksjoner

Kjemi er vanligvis preget av å være eksplosiv og lys, så det antas at de fleste reaksjoner er eksoterme og eksergoniske.

Forbrennings

Eksergoniske reaksjoner er forbrenning av alkaner, olefiner, aromatiske hydrokarboner, sukker, etc.

Metalloksidasjoner

På samme måte er oksidasjoner av metaller eksergoniske, selv om de foregår saktere.

Katabolske reaksjoner i kroppen

Imidlertid er det andre prosesser, mer subtile, som også er eksergoniske og veldig viktige: de katabolske reaksjonene i metabolismen vår. Her blir makromolekyler brutt ned som fungerer som energimagasiner og frigjør seg i form av varme og ATP, og takket være kroppen utfører mange av sine funksjoner.

Den mest illustrerende for disse reaksjonene er cellulær respirasjon, i motsetning til fotosyntese, hvor karbohydrater er “brent” med oksygen for å omdanne dem til små molekyler (CO ₂ og H ₂ O) og energi.

andre

Blant andre eksergoniske reaksjoner har vi den eksplosive nedbrytningen av nitrogen-triiodid, NI ₃ ; tilsetning av alkalimetaller til vann, etterfulgt av en eksplosjon; polymersyntese av etoksylerte harpikser; syre-base nøytraliseringer i vandig løsning; og kjemo-luminescerende reaksjoner.

referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi (8. utg.). CENGAGE Læring.
2. Walter J. Moore. (1963). Fysisk kjemi. I kjemisk kinetikk. Fjerde utgave, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Prinsipper for fysisk kjemi. Sjette utgave, s. 479-540. Mc Graw Hill.
4. Wikipedia. (2020). Eksergonisk reaksjon. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (16. september 2019). Endergonic vs eksergoniske reaksjoner og prosesser. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
6. Exergonic Reaction: Definisjon og eksempel. (2015, 18. september). Gjenopprettet fra: study.com
7. Khan Academy. (2018). Gratis energi. Gjenopprettet fra: es.khanacademy.org