EXERGONIC REAKCIJA: KARAKTERISTIKE I PRIMJERI - KEMIJA - 2024

Exergonic reakcija je ona koja se javlja prirodno i općenito prati oslobađanje energije, bilo u obliku topline, svjetla ili zvuka. Kad se toplina oslobodi, kaže se da se suočavamo s egzotermičkom i ekstrogoničnom reakcijom.

Zato se pojmovi 'egzotermno' i 'ekstrogoničko' zbunjuju i postaju pogrešno tretirani kao sinonimi. To je zbog toga što su mnoge egzotermne reakcije također eksogonske. Stoga, ako se opazi veliko oslobađanje topline i svjetlosti, poput onog uzrokovanog paljenjem vatre, može se pretpostaviti da se sastoji od ekstrogonske reakcije.

Izgaranje drva primjer je egzotermne i istodobno ekstrogonske reakcije. Izvor: Pixnio.

Međutim, oslobođena energija može proći nezapaženo i možda neće biti iznenađujuća. Na primjer, tekući medij može se malo zagrijati i dalje je rezultat ekstrogonske reakcije. U nekim eksergonskim reakcijama koje se odvijaju pre sporo, ne primjećuje se ni najmanji porast temperature.

Središnja i karakteristična točka ove termodinamičke reakcije je smanjenje Gibbsove slobodne energije u proizvodima s obzirom na reaktante, što se pretvara u spontanost.

Karakteristike ekstrogonskih reakcija

Opći dijagram

Energetski dijagram za ekstrogoničnu reakciju. Izvor: Gabriel Bolívar.

Glavna karakteristika ekstrogonske reakcije je da proizvodi imaju nižu Gibss energiju od one reaktanata ili reaktanata (gornja slika). Ova je činjenica obično povezana s proizvodima koji su kemijski stabilniji, s jačim vezama, dinamičnijim strukturama ili ugodnijim uvjetima.

Stoga je ta energetska razlika, ΔG, negativna (ΔG <0). Budući da je negativna, reakcija bi u teoriji trebala biti spontana. Međutim, drugi čimbenici također definiraju ovu spontanost, poput energije aktivacije (visina brda), temperature i promjene entalpije i entropije.

Sve ove varijable koje odgovaraju prirodi razmatranog fenomena ili kemijske reakcije omogućuju određivanje hoće li reakcija biti ekstrogonska ili ne. A vidjet će se i da to ne mora biti egzotermna reakcija.

Kad je energija aktivacije vrlo velika, reaktanti trebaju pomoć katalizatora za spuštanje navedene energetske barijere. Zato postoje ekstrogonske reakcije koje se događaju pri vrlo niskim brzinama, ili koje se uopće ne javljaju.

Smanjenje slobodne energije sustava

Sljedeći matematički izraz obuhvaća gore spomenuto:

ΔG = ΔH - TΔS

Izraz ΔH pozitivan je ako je endotermička reakcija, a negativan ako je egzotermičan. Ako želimo da ΔG bude negativan, termin TΔS mora biti vrlo velik i pozitivan, tako da kada oduzimamo od ΔH rezultat operacije također bude negativan.

Stoga je i ovo još jedna posebnost ekstrogonskih reakcija: one uključuju veliku promjenu entropije sustava.

Dakle, uzimajući u obzir sve izraze, možemo biti prisutni prije ekstrogonične reakcije, ali istodobno endotermičke; to jest, s pozitivnim ΔH, vrlo visokom temperaturom ili velikom entropijom.

Većina eksergonskih reakcija su također egzotermne, jer ako je ΔH negativan, a oduzimanjem drugog izraza koji je još negativniji, tada ćemo imati ΔG s negativnom vrijednošću; osim ako je TΔS negativan (entropija se smanjuje), i stoga bi egzotermna reakcija postala endergonska (ne spontana).

Važno je naglasiti da spontanost reakcije (bila ona ekstrogonična ili ne) uvelike ovisi o termodinamičkim uvjetima; dok je brzina kojom ona prolazi zbog kinetičkih faktora.

Spontanost ekstrogonske reakcije

Iz onoga što je rečeno već je poznato da je ekstrogonska reakcija spontana, bilo da je egzotermna ili ne. Na primjer, spoj se može otopiti u vodi hlađenjem zajedno s spremnikom. Taj je proces otapanja endotermičan, ali kad se dogodi spontano, kaže se da je ekstrogonski.

Egzotermna reakcija

Postoje "više ekstrogonskih" reakcija od ostalih. Da biste to saznali, ponovno držite pri ruci sljedeći izraz:

ΔG = ΔH - TΔS

Najviše ekstrogonskih reakcija su one koje se javljaju spontano na svim temperaturama. To jest, bez obzira na vrijednost T u gornjem izrazu, ΔH je negativan, a ΔS pozitivan (ΔH <0 i ΔS> 0). Radi se o vrlo egzotermnim reakcijama, što ne proturječi početnoj ideji.

Isto tako, mogu se javiti egzotermne reakcije kod kojih se entropija sustava smanjuje (ΔS <0); baš kao što se događa u sintezi makromolekula ili polimera. U ovom su slučaju ekstrogonične reakcije samo na niskim temperaturama, jer bi u suprotnom izraz TΔS bio vrlo velik i negativan.

Endotermička reakcija

S druge strane, postoje reakcije koje su spontane samo pri visokim temperaturama: kad je ΔH pozitivan i ΔS pozitivan (ΔH> 0 i ΔS> 0). Govorimo o endotermičkim reakcijama. Zbog toga se snižavanje temperature može pojaviti spontano, jer sa sobom nose porast entropije.

U međuvremenu, postoje reakcije koje uopće nisu eksergonične: kada ΔH i ΔS imaju pozitivne vrijednosti. U ovom slučaju, bez obzira na temperaturu, reakcija se nikad neće pojaviti spontano. Govorimo o ne-spontanoj endergoničnoj reakciji.

Primjeri ekstrogonskih reakcija

Za kemiju je obično karakteristično da je eksplozivan i svijetao, pa se pretpostavlja da je većina reakcija egzotermična i eksergonska.

sagorijevanje

Exergonske reakcije su izgaranje alkana, olefina, aromatskih ugljikovodika, šećera, itd.

Oksidacije metala

Isto tako, oksidacije metala su ekstrogonične, iako se odvijaju sporije.

Kataboličke reakcije tijela

Međutim, postoje i drugi, suptilniji procesi, koji su također ekstrogonični i vrlo važni: kataboličke reakcije našeg metabolizma. Ovdje se razgrađuju makromolekule koje djeluju kao rezervoari energije, oslobađajući se u obliku topline i ATP-a, a zahvaljujući kojem tijelo obavlja mnoge svoje funkcije.

Najamblematskiju ovih reakcija je stanična respiracija, za razliku od fotosinteze, gdje su ugljikohidrati „spaljenog” kisikom ih transformira u malim molekulama (CO ₂ i H ₂ O) i energije.

Drugi

Među ostalim ekstrogonskim reakcijama imamo eksplozivnu razgradnju dušikovog trijodida, NI ₃; dodavanje alkalnih metala vodi, nakon čega slijedi eksplozija; polimerna sinteza etoksiliranih smola; neutralizacije kiseline u vodenoj otopini; i kemo-luminescentne reakcije.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Walter J. Moore. (1963). Fizička kemija. U Kemijskoj kinetici. Četvrto izdanje, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Načela fizikohemije. Šesto izdanje, str. 479-540. Mc Graw Hill.
4. Wikipedia. (2020). Exergonska reakcija. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (16. rujna 2019.). Endergonski nasuprot exergonskim reakcijama i procesima. Oporavilo od: misel.com
6. Exergonska reakcija: definicija i primjer. (2015., 18. rujna). Oporavilo od: study.com
7. Khan Akademija. (2018.). Slobodna energija. Oporavilo sa: es.khanacademy.org