Co się dzieje w egzergicznych reakcjach chemicznych?

Reakcje są klasyfikowane jako egzoergiczne lub endergoniczne przez zmianę w ilości zwanej „Energia swobodna Gibbsa”. W przeciwieństwie do reakcji endergonicznych reakcja egzergiczna może zachodzić spontanicznie, bez konieczności wkładania pracy. Nie oznacza to, że reakcja musi wystąpić po prostu dlatego, że jest egzergiczna – tempo, w jakim zachodzi reakcja może być tak wolne, że nigdy nie nastąpi w skali czasowej, na której Ci zależy.

Energia swobodna Gibbsa nie jest nazywana „darmową energią”, ponieważ nie ma ceny, ale dlatego, że mierzy, ile niemechanicznej pracy może wykonać system. Jeśli reagenty w procesie mają wyższą energię swobodną Gibbsa niż produkty, proces nazywa się egzergicznym, co oznacza, że ​​uwalnia energię. Innym sposobem na powiedzenie tego jest opisanie reakcji jako termodynamicznie spontanicznej, co oznacza, że ​​nie trzeba wykonywać pracy, aby reakcja zaszła.

Wiele, ale nie wszystkie reakcje egzotermiczne są egzotermiczne, co oznacza, że ​​uwalniają ciepło. Reakcja może jednak w rzeczywistości być egzergiczna, a mimo to pochłaniać ciepło lub być endotermiczna. W konsekwencji egzotermiczny i egzotermiczny niekoniecznie idą w parze. Kluczowa różnica między nimi polega na różnicy między pracą a ciepłem; proces egzotermiczny uwalnia energię poprzez pracę, podczas gdy proces egzotermiczny uwalnia energię poprzez ciepło. Ponadto proces może być egzoergiczny w niektórych temperaturach, ale nie w innych.

Chemicy dziewiętnastowieczni uznali spontaniczne reakcje endotermiczne za dość zagadkowe; rozumowali, że reakcja powinna być spontaniczna, jeśli uwalnia ciepło. Brakowało im roli entropii, która jest miarą ilości energii niedostępnej do pracy w systemie. Jeśli weźmiemy pod uwagę system oraz jego otoczenie, proces będzie egzoergiczny, jeśli spowoduje wzrost entropii netto. Uwalnianie ciepła do otoczenia powoduje wzrost entropii, ale taka reakcja może nadal pochłaniać ciepło i być egzoergiczna, jeśli entropia układu wzrośnie jeszcze bardziej.

Parowanie – proces, w którym ciecz zamienia się w gaz – wiąże się z bardzo dużą dodatnią zmianą entropii. Reakcje egzoergiczne, które pochłaniają ciepło, to często reakcje, w których jako jeden z produktów uwalniany jest gaz. Wraz ze wzrostem temperatury reakcje te staną się bardziej egzoergiczne. Natomiast reakcja egzotermiczna, która uwalnia ciepło, będzie bardziej egzotermiczna w niższych temperaturach niż w wyższych. Wszystkie te rozważania odgrywają rolę w określeniu, czy reakcja będzie spontaniczna.

  • Dzielić
instagram viewer