ЕКСТЕРГОНИЧНА РЕАКЦИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

Един exergonic реакция е тази, която се появява спонтанно и обикновено се придружава от освобождаване на енергия, както във формата на топлина, светлина или звук. Когато се отделя топлина, се казва, че сме изправени пред екзотермична и ексергонична реакция.

Ето защо термините „екзотермично“ и „ексергонично“ се объркват и стават погрешно третирани като синоними. Това е така, защото много екзотермични реакции също са ергонични. Следователно, ако се наблюдава голямо отделяне на топлина и светлина, като например това, причинено от запалване на пожар, може да се предположи, че се състои от ергонична реакция.

Изгарянето на дърва е пример за екзотермична и в същото време ергонична реакция. Източник: Pixnio.

Освободената енергия обаче може да остане незабелязана и може да не е толкова изненадваща. Например, течна среда може леко да се нагрява и все пак да е резултат от ергонична реакция. При някои ексергонични реакции, които протичат твърде бавно, не се наблюдава дори най-малкото повишаване на температурата.

Централната и характерна точка на този тип термодинамични реакции е намаляването на свободната енергия на Гибс в продуктите по отношение на реагентите, което се превръща в спонтанност.

Характеристики на ексергоничните реакции

Обща схема

Енергийна диаграма за ергонична реакция. Източник: Габриел Боливар.

Основната характеристика на ергоновата реакция е, че продуктите имат по-ниски енергии без Gibss от тези на реагентите или реагентите (горно изображение). Този факт обикновено се свързва с продуктите, които са химически по-стабилни, с по-здрави връзки, по-динамични структури или по-удобни условия.

Следователно тази енергийна разлика, ΔG, е отрицателна (ΔG <0). Като отрицателна реакцията на теория трябва да е спонтанна. Други фактори обаче определят тази спонтанност, като енергия на активиране (височината на хълма), температура и промени в енталпията и ентропията.

Всички тези променливи, които отговарят на естеството на разглежданото явление или химическа реакция, дават възможност да се определи дали реакцията ще бъде или не ексергонична. И също така ще се види, че не е задължително да е екзотермична реакция.

Когато енергията на активиране е много висока, реагентите се нуждаят от помощта на катализатор за понижаване на споменатата енергийна бариера. Ето защо има ексергонични реакции, които се проявяват с много ниска скорост или изобщо не се проявяват.

Намаляване на свободната енергия на системата

Следният математически израз обхваща горепосоченото:

ΔG = ΔH - TΔS

Терминът ΔH е положителен, ако е ендотермична реакция, и отрицателен, ако е екзотермичен. Ако искаме ΔG да бъде отрицателен, терминът TΔS трябва да бъде много голям и положителен, така че при изваждане от ΔH резултатът от операцията също да е отрицателен.

Следователно, и това е още една особеност на ексергоничните реакции: те включват голяма промяна в ентропията на системата.

По този начин, като се вземат предвид всички термини, можем да присъстваме преди екзаргонична реакция, но в същото време ендотермична; тоест с положителна ΔH, много висока температура или голяма ентропийна промяна.

Повечето ексергонични реакции също са екзотермични, защото ако ΔH е отрицателен и като извадим друг термин, който е още по-отрицателен, следователно ще имаме haveG с отрицателна стойност; освен ако TΔS е отрицателен (ентропията намалява) и следователно екзотермичната реакция би станала ендергонична (не спонтанна).

Важно е да се подчертае, че спонтанността на реакцията (независимо дали е ергононична или не) зависи много от термодинамичните условия; докато скоростта, с която преминава, се дължи на кинетични фактори.

Спонтанност на ексергонична реакция

От казаното вече е известно, че екстрагоничната реакция е спонтанна, независимо дали е екзотермична или не. Например, съединение може да бъде разтворено във вода, като го охлажда заедно със своя контейнер. Този процес на разтваряне е ендотермичен, но когато се случва спонтанно, се казва, че е екстрагоничен.

Екзотермична реакция

Има "по-ергонични" реакции от другите. За да разберете, дръжте отново следния израз удобен:

ΔG = ΔH - TΔS

Най-ексергоничните реакции са тези, които възникват спонтанно при всякакви температури. Тоест, независимо от стойността на Т в горния израз, ΔH е отрицателен и ΔS положителен (ΔH <0 и ΔS> 0). Следователно те са много екзотермични реакции, което не противоречи на първоначалната идея.

По същия начин може да има екзотермични реакции, при които ентропията на системата намалява (ΔS <0); точно както се случва при синтеза на макромолекули или полимери. В този случай те са ексергонични реакции само при ниски температури, тъй като в противен случай терминът TΔS би бил много голям и отрицателен.

Ендотермична реакция

От друга страна, има реакции, които са спонтанни само при високи температури: когато ΔH е положителен и ΔS положителен (ΔH> 0 и ΔS> 0). Говорим за ендотермични реакции. Ето защо понижението на температурата може да възникне спонтанно, тъй като те носят със себе си увеличение на ентропията.

Междувременно има реакции, които изобщо не са екстрегонични: когато ΔH и ΔS имат положителни стойности. В този случай, без значение каква е температурата, реакцията никога няма да възникне спонтанно. Говорим за неспонтанна ендергонична реакция.

Примери за ексергонични реакции

Обикновено химията се характеризира с това, че е експлозивна и ярка, така че се приема, че повечето реакции са екзотермични и ексергонични.

горене

Ексергоничните реакции са изгарянето на алкани, олефини, ароматни въглеводороди, захари и др.

Окисления на метали

По същия начин, окисляването на металите е ексергонично, въпреки че те протичат по-бавно.

Катаболни реакции на организма

Съществуват обаче и други, по-фини процеси, които също са ергонични и много важни: катаболните реакции на нашия метаболизъм. Тук макромолекулите се разграждат, които действат като енергийни резервоари, освобождавайки се под формата на топлина и АТФ и благодарение на които тялото изпълнява много от своите функции.

Най-емблематичната от тези реакции е клетъчното дишане, за разлика от фотосинтезата, при която въглехидратите се "изгарят" с кислород, за да ги трансформират в малки молекули (CO ₂ и H ₂ O) и енергия.

Други

Сред другите ексергонични реакции имаме експлозивно разлагане на азотен трийодид, NI ₃; добавянето на алкални метали към вода, последвано от експлозия; полимерен синтез на етоксилирани смоли; киселинно-алкална неутрализация във воден разтвор; и химио-луминесцентни реакции.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. Уолтър Дж. Мур. (1963). Физическа химия. В химическата кинетика. Четвърто издание, Longmans.
3. Ира Н. Левайн. (2009 г.). Принципи на физикохимията. Шесто издание, стр. 479-540. Mc Graw Hill.
4. Wikipedia. (2020). Екстергонична реакция. Възстановено от: en.wikipedia.org
5. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (16 септември 2019 г.). Ендергонични срещу екзергонични реакции и процеси. Възстановено от: thinkco.com
6. Екстергонична реакция: Определение и пример. (2015 г., 18 септември). Възстановено от: study.com
7. Академия Хан. (2018). Безплатна енергия. Възстановено от: es.khanacademy.org