EKSERGONINEN REAKTIO: OMINAISUUDET JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Exergonic reaktio on sellainen, joka esiintyy spontaanisti ja on yleensä mukana vapauttaa energiaa, joko lämmön, valon tai äänen. Kun lämpöä vapautuu, sanotaan, että meillä on edessä eksoterminen ja eksergoninen reaktio.

Siksi termit "eksoterminen" ja "eksergoninen" sekoitetaan toisiinsa, ja niistä tulee erehdyksessä synonyymejä. Tämä johtuu siitä, että monet eksotermiset reaktiot ovat myös eksergonisia. Siksi, jos havaitaan suurta lämmön ja valon vapautumista, kuten sellaista, joka johtuu tulen sytyttämisestä, voidaan olettaa, että se koostuu eksergonisesta reaktiosta.

Puun polttaminen on esimerkki eksotermisestä ja samalla eksergonisesta reaktiosta. Lähde: Pixnio.

Vapautunut energia voi kuitenkin jäädä huomaamatta, eikä se välttämättä ole niin yllättävää. Esimerkiksi nestemäinen väliaine voi lämmetä hieman ja olla silti eksergonisen reaktion seuraus. Joissakin liian hitaasti etenevissä eksergonisissa reaktioissa edes pienintä lämpötilan nousua ei havaita.

Tämän tyyppisten termodynaamisten reaktioiden keskeinen ja ominainen kohta on tuotteissa olevan Gibbs-vapaan energian väheneminen suhteessa reagensseihin, mikä muuttuu spontaanisuudeksi.

Eksergonisten reaktioiden ominaispiirteet

Yleinen kaavio

Energiakaavio eksergoniselle reaktiolle. Lähde: Gabriel Bolívar.

Eksergonisen reaktion pääominaisuus on, että tuotteilla on alhaisemmat Gibss-vapaat energiat kuin reagensseilla tai reagensseilla (ylempi kuva). Tämä tosiasia liittyy yleensä siihen, että tuotteet ovat kemiallisesti stabiilimpia, vahvempien sidosten, dynaamisempien rakenteiden tai ”mukavampien” olosuhteiden kanssa.

Siksi tämä energiaero, AG, on negatiivinen (AG <0). Negatiivisen reaktion tulisi teoriassa olla spontaani. Kuitenkin muut tekijät määrittelevät myös tämän spontaanisuuden, kuten aktivointienergia (mäen korkeus), lämpötila ja muutokset entalpiassa ja entropiassa.

Kaikki nämä muuttujat, jotka vastaavat tarkasteltavana olevan ilmiön tai kemiallisen reaktion luonnetta, antavat mahdollisuuden määrittää onko reaktio eksergoninen vai ei. Ja nähdään myös, että sen ei välttämättä tarvitse olla eksoterminen reaktio.

Kun aktivointienergia on erittäin korkea, reagenssit vaativat katalysaattorin apua mainitun energiaesteen laskemiseksi. Siksi on olemassa eksergonisia reaktioita, jotka tapahtuvat erittäin alhaisilla nopeuksilla tai joita ei esiinny lainkaan.

Järjestelmän vapaan energian väheneminen

Seuraava matemaattinen lauseke kattaa edellä mainitun:

ΔG = ΔH - TΔS

ΔH-termi on positiivinen, jos se on endoterminen reaktio, ja negatiivinen, jos se on eksoterminen. Jos haluamme ΔG: n olevan negatiivinen, TΔS-termin on oltava erittäin suuri ja positiivinen, niin että vähennettäessä ΔH: sta myös operaation tulos on negatiivinen.

Siksi, ja tämä on toinen erityispiirre eksergonisissa reaktioissa: niihin liittyy suuri muutos järjestelmän entropiassa.

Siten, ottaen huomioon kaikki termit, voimme olla läsnä ennen eksergonista reaktiota, mutta samalla endotermistä; eli positiivisella ΔH, erittäin korkealla lämpötilalla tai suurella entropian muutoksella.

Suurin osa eksergonisista reaktioista on myös eksotermisiä, koska jos ΔH on negatiivinen ja vähentämällä toinen termi, joka on vielä negatiivisempi, meillä on siis ΔG, jolla on negatiivinen arvo; ellei TΔS ole negatiivinen (entropia vähenee), ja siksi eksoterminen reaktio muuttuu endergoniseksi (ei spontaaniksi).

On tärkeää korostaa, että reaktion spontaanisuus (riippumatta siitä onko se eksergoninen vai ei) riippuu suuresti termodynaamisista olosuhteista; samalla kun nopeus, jolla se kulkee, johtuu kineettisistä tekijöistä.

Eksergonisen reaktion spontaanisuus

Sanotun perusteella jo tiedetään, että eksergoninen reaktio on spontaani riippumatta siitä, onko se eksoterminen. Esimerkiksi yhdiste voidaan liuottaa veteen jäähdyttämällä sitä yhdessä astiansa kanssa. Tämä liukenemisprosessi on endoterminen, mutta kun se tapahtuu spontaanisti, sen sanotaan olevan eksergoninen.

Eksoterminen reaktio

On "enemmän eksergonisia" reaktioita kuin toisia. Ota selville pitämällä seuraava lauseke jälleen kätevä:

ΔG = ΔH - TΔS

Eksergonisimmat reaktiot ovat niitä, jotka tapahtuvat spontaanisti kaikissa lämpötiloissa. Eli riippumatta T: n arvosta yllä olevassa lausekkeessa, AH on negatiivinen ja AS positiivinen (AH <0 ja AS> 0). Ne ovat siis erittäin eksotermisiä reaktioita, mikä ei ole ristiriidassa alkuperäisen ajatuksen kanssa.

Samoin voi esiintyä eksotermisiä reaktioita, joissa järjestelmän entropia laskee (ΔS <0); aivan kuten se tapahtuu makromolekyylien tai polymeerien synteesissä. Tässä tapauksessa ne ovat eksergonisia reaktioita vain matalissa lämpötiloissa, koska muuten TΔS-termi olisi erittäin suuri ja negatiivinen.

Endoterminen reaktio

Toisaalta on reaktioita, jotka ovat vain spontaaneja korkeissa lämpötiloissa: kun ΔH on positiivinen ja ΔS positiivinen (ΔH> 0 ja ΔS> 0). Puhumme endotermisistä reaktioista. Siksi lämpötilan lasku voi tapahtua spontaanisti, koska ne aiheuttavat entropian lisääntymisen mukanaan.

Samaan aikaan on reaktioita, jotka eivät ole ollenkaan eksergonisia: kun AH: lla ja AS: llä on positiiviset arvot. Tässä tapauksessa, lämpötilasta riippumatta, reaktio ei tapahdu koskaan spontaanisti. Puhumme ei-spontaanista endergonisesta reaktiosta.

Esimerkkejä eksergonisista reaktioista

Kemialle on yleensä ominaista räjähtävä ja kirkas, joten oletetaan, että suurin osa reaktioista on eksotermisiä ja eksergonisia.

palaminen

Eksergoniset reaktiot ovat alkaanien, olefiinien, aromaattisten hiilivetyjen, sokerien jne. Palamista.

Metallien hapettuminen

Samoin metallien hapettuminen ovat eksergonisia, vaikkakin ne tapahtuvat hitaammin.

Kehon kataboliset reaktiot

On kuitenkin muitakin, hienovaraisempia prosesseja, jotka ovat myös exergonisia ja erittäin tärkeitä: aineenvaihduntamme kataboliset reaktiot. Tässä eritellään makromolekyylit, jotka toimivat energiasäiliöinä, vapauttaen itsensä lämmön ja ATP: n muodossa, ja joiden ansiosta vartalo suorittaa monet toiminnoistaan.

Symbolisin näistä reaktioista on soluhengitys, toisin kuin fotosynteesi, jossa hiilihydraatit “poltetaan” happen kanssa niiden muuttamiseksi pieniksi molekyyleiksi (CO ₂ ja H ₂ O) ja energiaksi.

toiset

Muiden eksergonisten reaktioiden joukossa meillä on räjähtävä typpitrifiodidi, NI ₃; alkalimetallien lisääminen veteen, mitä seuraa räjähdys; etoksyloitujen hartsien polymeerisynteesi; happo-emäs-neutraloinnit vesiliuoksessa; ja kemo-luminesenssireaktiot.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. Walter J. Moore. (1963). Fysikaalinen kemia. Kemiallisessa kinetiikassa. Neljäs painos, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Fysikakemian periaatteet. Kuudes painos, s. 479–540. Mc Graw Hill.
4. Wikipedia. (2020). Eksergoninen reaktio. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, tohtori Anne Marie (16. syyskuuta 2019). Endergonic vs. eksergonic-reaktiot ja prosessit. Palautettu osoitteesta: gondo.com
6. Eksergoninen reaktio: määritelmä ja esimerkki. (2015, 18. syyskuuta). Palautettu osoitteesta study.com
7. Khan-akatemia. (2018). Ilmaista energiaa. Palautettu osoitteesta: es.khanacademy.org