Реакции классифицируются как экзергонические или эндергонические по изменению количества, называемого "Свободная энергия Гиббса. »В отличие от эндергонических реакций, экзэргонические реакции могут возникать спонтанно, без необходимости вводить работу. Это не означает, что реакция обязательно произойдет просто потому, что она экзэргоническая - скорость, с которой происходит реакция, может быть настолько медленной, что она никогда не произойдет в те временные рамки, о которых вы заботитесь.
Свободная энергия Гиббса называется «свободной энергией» не потому, что у нее нет цены, а потому, что она измеряет, сколько немеханической работы может выполнить система. Если реагенты в процессе имеют более высокую свободную энергию Гиббса, чем продукты, процесс называется экзергоническим, что означает, что он выделяет энергию. Другой способ сказать это - описать реакцию как термодинамически самопроизвольную, что означает, что вам не нужно работать, чтобы реакция произошла.
Многие, но не все, экзергонические реакции являются экзотермическими, что означает, что они выделяют тепло. Однако реакция может быть экзэргонической, но при этом поглощать тепло или быть эндотермической. Следовательно, экзотермический и экзергонический не обязательно идут вместе. Ключевое различие между ними заключается в разнице между работой и теплом; Экзэргонический процесс высвобождает энергию посредством работы, тогда как экзотермический процесс высвобождает энергию посредством тепла. Более того, при одних температурах процесс может быть экзэргоническим, а при других - нет.
Химики девятнадцатого века находили спонтанные эндотермические реакции весьма загадочными; они рассуждали, что реакция должна быть спонтанной, если выделяется тепло. Чего им не хватало, так это роли энтропии, которая является мерой количества энергии, недоступной для работы в системе. Если мы рассмотрим систему, а также ее окружение, процесс будет экзергоническим, если он вызывает чистое увеличение энтропии. Выделение тепла в окружающую среду вызывает увеличение энтропии, но такая реакция все еще может поглощать тепло и быть экергонической, если энтропия системы увеличивается еще на большую величину.
Испарение - процесс превращения жидкости в газ - связано с очень большим положительным изменением энтропии. Экзергонические реакции с поглощением тепла часто являются реакциями, в которых в качестве одного из продуктов выделяется газ. С повышением температуры эти реакции станут более эксергоничными. Экзотермическая реакция с выделением тепла, напротив, будет более экергонической при более низких температурах, чем при более высоких. Все эти соображения играют роль в определении того, будет ли реакция спонтанной.