REACȚIE EXERGONICĂ: CARACTERISTICI ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

O reacție exergonică este una care apare spontan și este în general însoțită de o eliberare de energie, fie sub formă de căldură, lumină sau sunet. Când se eliberează căldură, se spune că ne confruntăm cu o reacție exotermică și exergonică.

De aceea, termenii „exoterm” și „exergonic” sunt confundați, devenind astfel greșiți ca sinonime. Acest lucru se datorează faptului că multe reacții exotermice sunt, de asemenea, exergonice. Prin urmare, dacă se observă o eliberare mare de căldură și lumină, precum cea provocată de aprinderea unui foc, se poate presupune că acesta constă într-o reacție exergonică.

Arderea lemnului este un exemplu de reacție exotermă și, în același timp, exergonică. Sursa: Pixnio.

Totuși, energia eliberată poate trece neobservată și poate nu este atât de surprinzătoare. De exemplu, un mediu lichid se poate încălzi ușor și poate fi totuși rezultatul unei reacții exergonice. În unele reacții exergonice care se desfășoară prea lent, nu se observă nici cea mai mică creștere a temperaturii.

Punctul central și caracteristic al acestui tip de reacții termodinamice este scăderea energiei libere Gibbs în produse în raport cu reactanții, ceea ce se traduce prin spontaneitate.

Caracteristicile reacțiilor exergonice

Diagrama generală

Diagrama energetică pentru o reacție exergonică. Sursa: Gabriel Bolívar.

Principala caracteristică a unei reacții exergonice este că produsele au energii libere Gibss mai mici decât cele ale reactanților sau reactanților (imaginea superioară). Acest fapt este de obicei asociat cu faptul că produsele sunt mai stabile din punct de vedere chimic, cu legături mai puternice, structuri mai dinamice sau condiții mai „confortabile”.

Prin urmare, această diferență de energie, ΔG, este negativă (ΔG <0). Fiind negativă, în teorie reacția ar trebui să fie spontană. Cu toate acestea, alți factori definesc și această spontaneitate, cum ar fi energia de activare (înălțimea dealului), temperatura și modificările entalpiei și entropiei.

Toate aceste variabile, care răspund la natura fenomenului sau reacției chimice luate în considerare, ne permit să determinăm dacă o reacție va fi sau nu exergonică. Și se va vedea, de asemenea, că nu trebuie neapărat să fie o reacție exotermică.

Când energia de activare este foarte mare, reactanții necesită ajutorul unui catalizator pentru a coborî bariera energetică menționată. De aceea, există reacții exergonice care se produc cu viteze foarte mici sau care nu apar deloc în primul rând.

Scăderea energiei libere a sistemului

Următoarea expresie matematică cuprinde mai sus:

ΔG = ΔH - TΔS

Termenul ΔH este pozitiv dacă este o reacție endotermică și negativ dacă este exotermic. Dacă dorim ca ΔG să fie negativ, termenul TΔS trebuie să fie foarte mare și pozitiv, astfel încât la scăderea de la ΔH rezultatul operației să fie și negativ.

Prin urmare, și aceasta este o altă caracteristică specială a reacțiilor exergonice: acestea implică o schimbare mare în entropia sistemului.

Astfel, ținând cont de toți termenii, putem fi prezenți înaintea unei reacții exergonice, dar în același timp endotermice; adică cu positiveH pozitiv, o temperatură foarte ridicată sau o schimbare mare de entropie.

Majoritatea reacțiilor exergonice sunt de asemenea exotermice, deoarece dacă ifH este negativ și scăzând un alt termen care este și mai negativ, vom avea în consecință un ΔG cu o valoare negativă; dacă TΔS nu este negativ (entropia scade) și, prin urmare, reacția exotermică ar deveni endergonică (nu spontană).

Este important să subliniem că spontaneitatea unei reacții (indiferent dacă este exergonică sau nu), depinde foarte mult de condițiile termodinamice; în timp ce viteza cu care trece se datorează factorilor cinetici.

Spontaneitatea unei reacții exergonice

Din cele spuse, se știe deja că o reacție exergonică este spontană, indiferent dacă este sau nu exotermică. De exemplu, un compus poate fi dizolvat în apă prin răcirea acestuia împreună cu recipientul său. Acest proces de dizolvare este endotermic, dar atunci când se întâmplă spontan, se spune că este exergonic.

Reacție exotermică

Există reacții „mai exergonice” decât altele. Pentru a afla, mențineți din nou următoarea expresie la îndemână:

ΔG = ΔH - TΔS

Cele mai exergonice reacții sunt cele care apar spontan la toate temperaturile. Adică, indiferent de valoarea lui T în expresia de mai sus, ΔH este negativ și ΔS pozitiv (ΔH <0 și ΔS> 0). Prin urmare, sunt reacții foarte exotermice, ceea ce nu contravine ideii inițiale.

De asemenea, pot exista reacții exoterme în care scade entropia sistemului (ΔS <0); la fel cum se întâmplă în sinteza macromoleculelor sau a polimerilor. În acest caz, acestea sunt reacții exergonice doar la temperaturi scăzute, deoarece altfel termenul TΔS ar fi foarte mare și negativ.

Reacție endotermică

Pe de altă parte, există reacții care sunt spontane doar la temperaturi ridicate: când ΔH este pozitiv și ΔS pozitiv (ΔH> 0 și ΔS> 0). Vorbim despre reacții endotermice. De aceea, scăderi ale temperaturii pot apărea spontan, deoarece acestea duc cu ele o creștere a entropiei.

Între timp, există reacții deloc exergonice: când ΔH și ΔS au valori pozitive. În acest caz, indiferent de temperatură, reacția nu va apărea niciodată spontan. Vorbim despre o reacție endergonică non-spontană.

Exemple de reacții exergonice

Chimia este de obicei caracterizată prin faptul că este explozivă și strălucitoare, de aceea se presupune că majoritatea reacțiilor sunt exotermice și exergonice.

Combustie

Reacțiile exergonice sunt arderea alcanilor, olefinelor, hidrocarburilor aromatice, zaharurilor etc.

Oxidarea metalelor

De asemenea, oxidările metalelor sunt exergonice, deși au loc mai lent.

Reacții catabolice ale organismului

Cu toate acestea, există și alte procese, mai subtile, care sunt și exergonice și foarte importante: reacțiile catabolice ale metabolismului nostru. Aici macromoleculele se descompun care acționează ca rezervoare de energie, eliberându-se sub formă de căldură și ATP și datorită căruia organismul își îndeplinește multe dintre funcțiile sale.

Cea mai emblematică dintre aceste reacții este respirația celulară, spre deosebire de fotosinteză, în care carbohidrații sunt „arse” cu oxigen pentru a le transforma în molecule mici (CO ₂ și H ₂ O) și energie.

Alții

Printre alte reacții exergonice avem descompunerea explozivă a triiodurii de azot, NI ₃ ; adăugarea metalelor alcaline în apă, urmată de o explozie; sinteza polimerică a rășinilor etoxilate; neutralizări acid-bază în soluție apoasă; și reacții chimio-luminiscente.

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
2. Walter J. Moore. (1963). Chimie Fizica. În cinetica chimică. Ediția a patra, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Principiile fizico-chimiei. Ediția a șasea, p. 479-540. Mc Graw Hill.
4. Wikipedia. (2020). Reacție exergonică. Recuperat de la: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (16 septembrie 2019). Reactii si procese endergonice si exergonice. Recuperat de la: thinkco.com
6. Reacție exergonică: definiție și exemplu. (2015, 18 septembrie). Recuperat din: studiu.com
7. Academia Khan. (2018). Energie gratis. Recuperat de la: es.khanacademy.org