EXERGONICKÁ REAKCE: VLASTNOSTI A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Exergonické reakce je taková, která se vyskytuje spontánně a je obvykle doprovázena uvolnění energie, a to buď ve formě tepla, světla nebo zvuk. Když se uvolní teplo, říká se, že čelíme exotermické a exergonické reakci.

Proto jsou pojmy „exotermický“ a „exergonický“ zaměňovány a mylně se s nimi zachází jako se synonyma. Je tomu tak proto, že mnoho exotermických reakcí je také exergonických. Proto, jestliže je pozorováno velké uvolňování tepla a světla, jako je to způsobené zapálením ohně, lze předpokládat, že sestává z exergonické reakce.

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

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

Ústředním a charakteristickým bodem tohoto typu termodynamických reakcí je pokles Gibbsovy volné energie ve výrobcích vzhledem k reakčním složkám, což se projevuje v spontánnosti.

Charakteristika exergonických reakcí

Obecný diagram

Energetický diagram pro exergonickou reakci. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Hlavní charakteristikou exergonické reakce je to, že produkty mají nižší Gibssovou volnou energii než energie reakčních složek nebo reakčních složek (horní obrázek). Tato skutečnost je obvykle spojena s chemicky stabilnějšími výrobky, silnějšími vazbami, dynamičtějšími strukturami nebo „pohodlnějšími“ podmínkami.

Tento energetický rozdíl, ΔG, je proto záporný (ΔG <0). Protože je negativní, měla by být reakce teoreticky spontánní. Tuto spontánnost však definují i ​​další faktory, jako je aktivační energie (výška kopce), teplota a změny entalpie a entropie.

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

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

Snížení volné energie systému

Následující matematický výraz zahrnuje výše uvedené:

ΔG = ΔH - TΔS

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

Proto, a to je další zvláštní rys exergonických reakcí: zahrnují velkou změnu v entropii systému.

S ohledem na všechny termíny tedy můžeme být přítomni před exergonickou reakcí, ale zároveň endotermickou; to je, s pozitivním AH, velmi vysoká teplota nebo velká změna entropie.

Většina exergonických reakcí je také exotermická, protože pokud je ΔH negativní, odečtením jiného výrazu, který je ještě negativnější, budeme mít následně ΔG se zápornou hodnotou; pokud TΔS není negativní (entropie klesá), a proto by se exotermická reakce stala endergonickou (ne spontánní).

Je důležité zdůraznit, že spontánnost reakce (ať už je exergonická nebo ne), do značné míry závisí na termodynamických podmínkách; zatímco rychlost, s níž prochází, je způsobena kinetickými faktory.

Spontánnost exergonické reakce

Z toho, co bylo řečeno, je již známo, že exergonická reakce je spontánní, ať už je či není exotermická. Například sloučenina může být rozpuštěna ve vodě ochlazením spolu s její nádobou. Tento proces rozpouštění je endotermický, ale když k němu dojde spontánně, říká se, že je exergonický.

Exotermická reakce

Existují „exergoničtější“ reakce než jiné. Chcete-li to zjistit, uschovejte znovu následující výraz:

ΔG = ΔH - TΔS

Nejexergoničtější reakce jsou reakce, které se vyskytují spontánně při všech teplotách. To znamená, že bez ohledu na hodnotu T ve výše uvedené expresi je AH negativní a AS pozitivní (AH <0 a AS> 0). Jedná se tedy o velmi exotermické reakce, které nejsou v rozporu s původní myšlenkou.

Podobně mohou existovat exotermické reakce, kdy entropie systému klesá (ΔS <0); stejně jako při syntéze makromolekul nebo polymerů. V tomto případě jde o exergonické reakce pouze při nízkých teplotách, protože jinak by byl termín TΔS velmi velký a negativní.

Endotermická reakce

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

Mezitím existují reakce, které vůbec nejsou exergonické: když mají ΔH a ΔS kladné hodnoty. V tomto případě, bez ohledu na to, jaká je teplota, reakce nikdy nenastane spontánně. Mluvíme o nechtěné endergonické reakci.

Příklady exergonických reakcí

Chemie je obvykle charakterizována výbušností a jasností, proto 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 jiné, jemnější procesy, které jsou také exergonické a velmi důležité: katabolické reakce našeho metabolismu. Zde se makromolekuly rozpadají, které působí jako zásobníky energie, uvolňují se ve formě tepla a ATP a díky tomu tělo vykonává mnoho svých funkcí.

Nejznámější z těchto reakcí je buněčné dýchání, na rozdíl od fotosyntézy, kdy se uhlohydráty „spalují“ kyslíkem, aby se transformovaly na malé molekuly (CO ₂ a H ₂ O) a energii.

Ostatní

Mezi další exergonické reakce máme explozivní rozklad trijodidu dusíku, NI ₃; přidání alkalických kovů do vody, následované explozí; polymerní syntéza ethoxylovaných pryskyřic; neutralizace kyselých zásad ve vodném roztoku; a chemoluminiscenční reakce.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie (8. ed.). CENGAGE Učení.
2. Walter J. Moore. (1963). Fyzikální chemie. V chemické kinetice. Čtvrté vydání, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Základy fyzikální chemie. 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: thinkco.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