EXERGONICKÁ REAKCIA: CHARAKTERISTIKY A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2025

Exergonické reakcia je taká, ktorá sa vyskytuje spontánne a je zvyčajne sprevádzaná uvoľnenie energie, a to buď vo forme tepla, svetla alebo zvuk. Keď sa uvoľní teplo, hovorí sa, že čelíme exotermickej a exergonickej reakcii.

Preto sú pojmy „exotermický“ a „exergonický“ zamieňané a mylne sa s nimi zaobchádza ako s synonymami. Je to preto, že mnohé exotermické reakcie sú tiež exergonické. Preto, ak sa pozoruje veľké uvoľňovanie tepla a svetla, ako je napríklad svetlo zapálené ohňom, dá sa predpokladať, že pozostáva z exergonickej reakcie.

Spaľovanie dreva je príkladom exotermickej a zároveň exergonickej reakcie. Zdroj: Pixnio.

Uvoľnená energia však môže zostať nepovšimnutá a nemusí byť tak prekvapujúca. Napríklad kvapalné médium sa môže mierne zahriať a stále môže byť výsledkom exergonickej reakcie. Pri niektorých exergonických reakciách, ktoré prebiehajú príliš pomaly, sa nepozoruje ani najmenšie zvýšenie teploty.

Centrálnym a charakteristickým bodom tohto typu termodynamických reakcií je pokles Gibbsovej voľnej energie vo výrobkoch vzhľadom na reaktanty, čo sa premieta do spontánnosti.

Charakteristika exergonických reakcií

Všeobecná schéma

Energetický diagram pre exergonickú reakciu. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Hlavnou charakteristikou exergonickej reakcie je to, že produkty majú nižšie Gibssove voľné energie ako energie reaktantov alebo reaktantov (horný obrázok). Táto skutočnosť je zvyčajne spojená s chemicky stabilnejšími výrobkami, pevnejšími väzbami, dynamickejšími štruktúrami alebo „pohodlnejšími“ podmienkami.

Preto je tento energetický rozdiel, ΔG, záporný (ΔG <0). Keďže je reakcia negatívna, mala by byť teoreticky spontánna. Túto spontánnosť však definujú aj ďalšie faktory, ako napríklad aktivačná energia (výška kopca), teplota a zmeny entalpie a entropie.

Všetky tieto premenné, ktoré zodpovedajú povahe uvažovaného javu alebo chemickej reakcie, umožňujú určiť, či bude reakcia exergonická. A bude tiež zrejmé, že to nemusí nevyhnutne byť exotermická reakcia.

Keď je aktivačná energia veľmi vysoká, reakčné zložky vyžadujú pomoc katalyzátora na zníženie uvedenej energetickej bariéry. Preto existujú exergonické reakcie, ktoré sa vyskytujú pri veľmi nízkych rýchlostiach alebo ktoré sa vôbec nevyskytujú.

Zníženie voľnej energie systému

Vyššie uvedené matematické výrazy zahŕňajú:

ΔG = ΔH - TΔS

Termín AH je pozitívny, pokiaľ ide o endotermickú reakciu, a negatívny, ak je exotermický. Ak chceme, aby bol ΔG negatívny, musí byť termín TΔS veľmi veľký a pozitívny, takže pri odčítaní od ΔH je výsledok operácie tiež negatívny.

Preto, a to je ďalšia zvláštnosť exergonických reakcií: zahŕňajú veľkú zmenu v entropii systému.

Takže, berúc do úvahy všetky termíny, môžeme byť prítomní pred exergonickou reakciou, ale zároveň endotermickou; to znamená, že pri pozitívnej AH je veľmi vysoká teplota alebo veľká zmena entropie.

Väčšina exergonických reakcií je tiež exotermická, pretože ak je ΔH negatívny a odčítaním iného výrazu, ktorý je ešte negatívnejší, budeme mať následne ΔG so zápornou hodnotou; pokiaľ TΔS nie je negatívna (entropia klesá), a preto by sa exotermická reakcia stala endergonickou (nie spontánnou).

Je dôležité zdôrazniť, že spontánnosť reakcie (či už je exergonická alebo nie), do značnej miery závisí od termodynamických podmienok; pričom rýchlosť, ktorou prechádza, je spôsobená kinetickými faktormi.

Spontánnosť exergonickej reakcie

Z toho, čo už bolo povedané, je už známe, že exergonická reakcia je spontánna, či už je alebo nie je exotermická. Napríklad zlúčenina sa môže rozpustiť vo vode ochladením spolu s jej nádobou. Tento proces rozpúšťania je endotermický, ale keď sa vyskytuje spontánne, hovorí sa, že je exergonický.

Exotermická reakcia

Existujú „viac exergonické“ reakcie ako iné. Ak chcete zistiť, nechajte nasledujúci výraz po ruke:

ΔG = ΔH - TΔS

Najexergickejšie reakcie sú reakcie, ktoré sa vyskytujú spontánne pri všetkých teplotách. To znamená, že bez ohľadu na hodnotu T vo vyššie uvedenej expresii je AH negatívny a AS pozitívny (AH <0 a AS> 0). Ide teda o veľmi exotermické reakcie, ktoré nie sú v rozpore s pôvodnou myšlienkou.

Podobne môžu existovať exotermické reakcie, pri ktorých klesá entropia systému (ΔS <0); rovnako ako pri syntéze makromolekúl alebo polymérov. V tomto prípade ide o exergonické reakcie iba pri nízkych teplotách, pretože v opačnom prípade by bol termín TAS veľmi veľký a negatívny.

Endotermická reakcia

Na druhej strane existujú reakcie, ktoré sú pri vysokých teplotách iba spontánne: keď je A pozitívny a AS pozitívny (AH> 0 a AS> 0). Hovoríme o endotermických reakciách. Z tohto dôvodu môže pokles teploty nastať spontánne, pretože so sebou nesie zvýšenie entropie.

Medzitým existujú reakcie, ktoré vôbec nie sú exergonické: keď ΔH a ΔS majú kladné hodnoty. V tomto prípade, bez ohľadu na teplotu, k reakcii nikdy nedôjde spontánne. Hovoríme o nechcenej endergonickej reakcii.

Príklady exergonických reakcií

Chémia sa zvyčajne vyznačuje výbušnosťou a jasnosťou, preto sa predpokladá, že väčšina reakcií je exotermická a exergonická.

spaľovacie

Exergonické reakcie sú spaľovanie alkánov, olefínov, aromatických uhľovodíkov, cukrov atď.

Oxidácie kovov

Podobne sú oxidácie kovov exergonické, hoci sa vyskytujú pomalšie.

Katabolické reakcie tela

Existujú však aj iné, jemnejšie procesy, ktoré sú tiež exergonické a veľmi dôležité: katabolické reakcie nášho metabolizmu. Tu sa makromolekuly rozkladajú, ktoré pôsobia ako zásobníky energie, uvoľňujú sa vo forme tepla a ATP a vďaka tomu telo plní mnoho svojich funkcií.

Najviac reprezentatívnych týchto reakcií je bunkové dýchanie, na rozdiel od fotosyntéze, kde sú sacharidy "spálil" s kyslíkom je prevádzať do malých molekúl (CO ₂ a H ₂ O) a energie.

iní

Medzi ďalšie exergonické reakcie máme explozívny rozklad trijodidu dusíka, NI ₃ ; pridanie alkalických kovov do vody, po ktorom nasleduje explózia; polymérna syntéza etoxylovaných živíc; acidobázické neutralizácie vo vodnom roztoku; a chemoluminiscenčné reakcie.

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). chémia (8. vydanie). CENGAGE Learning.
2. Walter J. Moore. (1963). Fyzikálna chémia. V chemickej kinetike. Štvrté vydanie, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Zásady fyzikálnochemie. Šieste vydanie, s. 479-540. Mc Graw Hill.
4. Wikipedia. (2020). Exergonická reakcia. Obnovené z: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (16. september 2019). Endergonické verzus exergonické reakcie a procesy. Získané z: thinkco.com
6. Exergonická reakcia: definícia a príklad. (2015, 18. september). Obnovené z: study.com
7. Khan Academy. (2018). Energia zadarmo. Obnovené z: es.khanacademy.org