EXERGONIC REAKCIJA: ZNAČILNOSTI IN PRIMERI - KEMIJA - 2025

Exergonic reakcija je tista, ki se pojavi spontano in se običajno spremlja sproščanje energije, bodisi v obliki toplote, svetlobe ali zvoka. Ko se sprošča toplota, rečemo, da se srečujemo z eksotermično in ekstronično reakcijo.

Zato se izraza „eksotermično“ in „ekstrogonično“ zmedeta in se napačno obravnavata kot sopomenki. To je zato, ker so številne eksotermične reakcije tudi eksergonične. Če torej opazimo veliko sproščanje toplote in svetlobe, kakršno povzroči prižiganje ognja, lahko sklepamo, da je sestavljen iz ekstrogonične reakcije.

Izgorevanje lesa je primer eksotermične in hkrati eksergonske reakcije. Vir: Pixnio.

Vendar lahko sproščena energija ostane neopažena in morda ne bo tako presenetljiva. Na primer, tekoči medij se lahko nekoliko segreje in je še vedno rezultat ekstrogonske reakcije. Pri nekaterih eksergoničnih reakcijah, ki potekajo prepočasi, ne opazimo niti najmanjšega zvišanja temperature.

Osrednja in značilna točka tovrstnih termodinamičnih reakcij je zmanjšanje Gibbsove energije v izdelkih glede na reaktante, kar pomeni spontanost.

Značilnosti eksergonskih reakcij

Splošni diagram

Energetski diagram za eksergonsko reakcijo. Vir: Gabriel Bolívar.

Glavna značilnost eksergonske reakcije je, da imajo proizvodi nižjo energijo Gibss, kot jo imajo reaktanti ali reaktanti (zgornja slika). To dejstvo je običajno povezano s tem, da so proizvodi kemično stabilnejši, z močnejšimi vezmi, bolj dinamičnimi strukturami ali bolj "udobnimi" pogoji.

Zato je ta energijska razlika ΔG negativna (ΔG <0). Ker je reakcija negativna, bi morala biti teorija v teoriji spontana. Vendar tudi drugi dejavniki opredeljujejo to spontanost, kot so energija aktivacije (višina hriba), temperatura in spremembe enttalpije in entropije.

Vse te spremenljivke, ki se odzivajo na naravo obravnavanega pojava ali kemijske reakcije, omogočajo določitev, ali bo reakcija eksergonična ali ne. Prav tako se bo videlo, da ni nujno, da gre za eksotermično reakcijo.

Kadar je energija aktivacije zelo velika, reaktanti potrebujejo pomoč katalizatorja za znižanje omenjene energetske ovire. Zato obstajajo ekstrogonične reakcije, ki se pojavljajo pri zelo nizkih hitrostih ali pa se sploh ne pojavijo.

Zmanjšanje proste energije sistema

Naslednji matematični izraz zajema zgoraj omenjeno:

ΔG = ΔH - TΔS

Izraz ΔH je pozitiven, če gre za endotermično reakcijo, in negativen, če je eksotermičen. Če želimo, da je ΔG negativen, mora biti izraz TΔS zelo velik in pozitiven, tako da je pri odštevanju od ΔH rezultat operacije tudi negativen.

Zato in to je še ena posebnost eksergonskih reakcij: vključujejo veliko spremembo entropije sistema.

Tako smo lahko ob upoštevanju vseh izrazov prisotni pred ekstrogonično reakcijo, vendar hkrati endotermično; torej s pozitivno ΔH, zelo visoko temperaturo ali veliko entropijo.

Večina eksergoničnih reakcij je tudi eksotermičnih, ker če je ΔH negativen, in če odštejemo še en izraz, ki je še bolj negativen, bomo posledično imeli ΔG z negativno vrednostjo; razen če je TΔS negativen (entropija se zmanjša), zato bi eksotermična reakcija postala endergonična (ne spontana).

Pomembno je poudariti, da je spontanost reakcije (naj bo to ekstrogonična ali ne) močno odvisna od termodinamičnih razmer; medtem ko je hitrost, s katero prehaja, posledica kinetičnih dejavnikov.

Spontanost eksergonske reakcije

Iz povedanega je že znano, da je ekstrogonična reakcija spontana, ne glede na to, ali je eksotermična ali ne. Na primer, spojino lahko raztopimo v vodi tako, da jo ohladimo skupaj s posodo. Ta postopek raztapljanja je endotermičen, ko pa se zgodi spontano, rečemo, da je ekstrogoničen.

Eksotermična reakcija

Obstajajo "bolj eksergonične" reakcije kot druge. Če želite to ugotoviti, imejte pri roki znova naslednji izraz:

ΔG = ΔH - TΔS

Najbolj eksergonske so reakcije, ki se spontano pojavijo pri vseh temperaturah. To je, ne glede na vrednost T v zgornjem izrazu, ΔH negativno in ΔS pozitivno (ΔH <0 in ΔS> 0). Gre torej za zelo eksotermične reakcije, kar ne nasprotuje začetni ideji.

Prav tako lahko pride do eksotermičnih reakcij, pri katerih se entropija sistema zmanjša (ΔS <0); tako kot se zgodi pri sintezi makromolekule ali polimerov. V tem primeru gre za eksergonične reakcije le pri nizkih temperaturah, saj bi bil sicer izraz TΔS zelo velik in negativen.

Endotermična reakcija

Po drugi strani pa obstajajo reakcije, ki so spontane samo pri visokih temperaturah: kadar je ΔH pozitiven in ΔS pozitiven (ΔH> 0 in ΔS> 0). Govorimo o endotermičnih reakcijah. Zato se lahko znižanje temperature pojavi spontano, saj s seboj nosijo povečanje entropije.

Medtem obstajajo reakcije, ki sploh niso eksergonične: kadar imata ΔH in ΔS pozitivne vrednosti. V tem primeru, ne glede na temperaturo, reakcija nikoli ne pride spontano. Govorimo o ne-spontani endergonski reakciji.

Primeri eksergonskih reakcij

Za kemijo je običajno značilno, da je eksplozivna in svetla, zato se domneva, da je večina reakcij eksotermičnih in eksergonskih.

Izgorevanje

Exergonične reakcije so zgorevanje alkanov, olefinov, aromatskih ogljikovodikov, sladkorjev itd.

Oksidacije kovin

Prav tako so oksidacije kovin eksergonične, čeprav potekajo počasneje.

Katabolične reakcije telesa

Vendar obstajajo tudi drugi, bolj subtilni procesi, ki so prav tako ekstrogonični in zelo pomembni: katabolične reakcije našega metabolizma. Tu se razgrajujejo makromolekule, ki delujejo kot rezervoarji energije in se sproščajo v obliki toplote in ATP-ja, zaradi česar telo opravlja številne svoje funkcije.

Najpomembnejša od teh reakcij je celično dihanje, v nasprotju s fotosintezo, pri kateri se ogljikovi hidrati "kurijo" s kisikom, da jih pretvorijo v majhne molekule (CO ₂ in H ₂ O) in energijo.

Drugi

Med drugimi ekstrogonskimi reakcijami imamo eksplozivno razgradnjo dušikovega trijodida, NI ₃ ; dodajanje alkalnih kovin v vodo, ki ji sledi eksplozija; polimerna sinteza etoksiliranih smol; nevtralizacije kisle baze v vodni raztopini; in kemo-luminescentne reakcije.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Walter J. Moore. (1963). Fizikalna kemija. V kemijski kinetiki. Četrta izdaja, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Načela fizikalne kemije. Šesta izdaja, str. 479–540. Mc Graw Hill.
4. Wikipedija. (2020). Exergonic reakcija. Pridobljeno: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, dr. (16. september 2019). Endergonični vs Exergonic reakcije in procesi. Pridobljeno: misel.com
6. Exergonic reakcija: definicija in primer. (2015, 18. septembra). Pridobljeno: study.com
7. Akademija Khan. (2018). Brezplačna energija. Pridobljeno: es.khanacademy.org