EXERGONISK REAKTION: EGENSKAPER OCH EXEMPEL - KEMI - 2026

En exergonisk reaktion är en som sker spontant och åtföljs generellt av en frigörelse av energi, antingen i form av värme, ljus eller ljud. När värme släpps sägs det att vi står inför en exotermisk och exergonisk reaktion.

Därför förväxlas termerna "exotermisk" och "exergonisk" och blir felaktigt behandlade som synonymer. Detta beror på att många exoterma reaktioner också är exergoniska. Därför, om en stor frisättning av värme och ljus observeras, såsom den som orsakas av tändning av en eld, kan det antas att den består av en exergonisk reaktion.

Förbränning av trä är ett exempel på en exotermisk och samtidigt exergonisk reaktion. Källa: Pixnio.

Emellertid kan den frigjorda energin bli obemärkt och kanske inte så förvånande. Till exempel kan ett flytande medium värmas upp något och fortfarande vara resultatet av en exergonisk reaktion. I vissa exergoniska reaktioner som går för långsamt observeras inte ens den minsta temperaturökningen.

Den centrala och karakteristiska punkten för denna typ av termodynamiska reaktioner är minskningen av Gibbs fria energi i produkterna med avseende på reaktanterna, vilket översätter till spontanitet.

Egenskaper hos exergoniska reaktioner

Allmänt diagram

Energidiagram för en exergonisk reaktion. Källa: Gabriel Bolívar.

Huvudkarakteristiken för en exergonisk reaktion är att produkterna har lägre Gibss-fria energi än de hos reaktanterna eller reaktanterna (övre bild). Detta faktum är vanligtvis förknippat med att produkterna är kemiskt mer stabila, med starkare bindningar, mer dynamiska strukturer eller mer "bekväma" förhållanden.

Därför är denna energidifferens, ΔG, negativ (ΔG <0). Att vara negativ, borde reaktionen i teorin vara spontan. Andra faktorer definierar emellertid också denna spontanitet, såsom aktiveringsenergi (höjden på backen), temperatur och förändringar i entalpi och entropi.

Alla dessa variabler, som svarar på arten av fenomenet eller den kemiska reaktionen som beaktas, gör det möjligt att avgöra om en reaktion kommer att vara exergon eller inte. Och det kommer också att ses att det inte nödvändigtvis behöver vara en exoterm reaktion.

När aktiveringsenergin är mycket hög kräver reaktanterna hjälp av en katalysator för att sänka nämnda energibarriär. Det är därför det finns exergoniska reaktioner som inträffar i mycket låga hastigheter eller som inte alls inträffar i första hand.

Minskning av systemets fria energi

Följande matematiska uttryck omfattar de nämnda:

ΔG = ΔH - TΔS

TermH-termen är positiv om det är en endoterm reaktion och negativ om den är exoterm. Om vi ​​vill att ΔG ska vara negativ, måste TΔS-termen vara mycket stor och positiv, så att vid subtraktion från ΔH är resultatet av operationen också negativt.

Därför, och detta är en annan speciell egenskap hos exergoniska reaktioner: de innebär en stor förändring i systemets entropi.

Med beaktande av alla termer kan vi således vara närvarande före en exergonisk reaktion men samtidigt endotermisk; det vill säga med positiv ΔH, en mycket hög temperatur eller en stor entropiförändring.

De flesta exergoniska reaktioner är också exotermiska, för om ΔH är negativ, och genom att subtrahera en annan term som är ännu mer negativ, kommer vi följaktligen att ha ett ΔG med ett negativt värde; såvida inte TΔS är negativ (entropin minskar), och därför skulle den exoterma reaktionen bli endergonic (inte spontan).

Det är viktigt att lyfta fram att en reaktions spontanitet (oavsett om den är exergonisk eller inte) beror mycket på termodynamiska förhållanden; medan hastigheten med vilken den passerar beror på kinetiska faktorer.

Spontanitet i en exergonisk reaktion

Från vad som har sagts är det redan känt att en exergonisk reaktion är spontan, oavsett om den är exotermisk eller inte. Till exempel kan en förening upplösas i vatten genom att kyla den tillsammans med dess behållare. Denna upplösningsprocess är endotermisk, men när den sker spontant sägs den vara exergonisk.

Exoterm reaktion

Det finns "mer exergoniska" reaktioner än andra. För att ta reda på det, håll följande uttryck till hands igen:

ΔG = ΔH - TΔS

De mest exergoniska reaktionerna är de som förekommer spontant vid alla temperaturer. Det vill säga, oavsett värdet på T i ovanstående uttryck, är negativeH negativt och ΔS positivt (ΔH <0 och ΔS> 0). Det är därför mycket exoterma reaktioner, vilket inte strider mot den första idén.

På samma sätt kan det finnas exoterma reaktioner där systemets entropi minskar (ΔS <0); precis som det händer i syntesen av makromolekyler eller polymerer. I detta fall är det exergoniska reaktioner endast vid låga temperaturer, eftersom TΔS-termen annars skulle vara mycket stor och negativ.

Endotermisk reaktion

Å andra sidan finns det reaktioner som endast är spontana vid höga temperaturer: när ΔH är positiv och ΔS positiv (ΔH> 0 och ΔS> 0). Vi pratar om endotermiska reaktioner. Det är därför som temperatursänkningar kan inträffa spontant eftersom de medför en ökning av entropin.

Samtidigt finns det reaktioner som inte är exergoniska alls: när ΔH och ΔS har positiva värden. I detta fall, oavsett temperatur, kommer reaktionen aldrig att ske spontant. Vi pratar om en icke-spontan endergonic reaktion.

Exempel på exergoniska reaktioner

Kemi kännetecknas vanligtvis av att den är explosiv och ljus, så det antas att de flesta reaktioner är exotermiska och exergoniska.

Förbränning

Exergonreaktioner är förbränning av alkaner, olefiner, aromatiska kolväten, socker, etc.

Metalloxidationer

På samma sätt är oxidationer av metaller exergoniska, även om de äger rum långsammare.

Kataboliska reaktioner i kroppen

Men det finns andra processer, mer subtila, som också är exergoniska och mycket viktiga: de kataboliska reaktionerna i vår ämnesomsättning. Här bryter makromolekyler som fungerar som energireservoar, frigör sig i form av värme och ATP, och tack vare vilket kroppen utför många av sina funktioner.

Den mest symboliska av dessa reaktioner är cellandningen, i motsats till fotosyntes, där kolhydrater ”bränd” med syre för att omvandla dem till små molekyler (CO ₂ och H ₂ O) och energi.

Övriga

Bland andra exergoniska reaktioner har vi den explosiva nedbrytningen av kvävetriiodid, NI ₃ ; tillsats av alkalimetaller till vatten följt av en explosion; polymersyntes av etoxylerade hartser; syra-basneutralisering i vattenlösning; och kemoluminiscerande reaktioner.

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
2. Walter J. Moore. (1963). Fysisk kemi. Inom kemisk kinetik. Fjärde upplagan, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Principer för fysikkemi. Sjätte upplagan, s. 479-540. Mc Graw Hill.
4. Wikipedia. (2020). Exergonisk reaktion. Återställd från: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (16 september 2019). Endergonic vs exergoniska reaktioner och processer. Återställd från: thoughtco.com
6. Exergonic Reaction: Definition & Exempel. (2015, 18 september). Återställd från: study.com
7. Khan akademin. (2018). Fri energi. Återställd från: es.khanacademy.org