EXERGONIC REAKSIYON: ÖZELLIKLER VE ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Bir ekzergonik reaksiyon ısı, ışık veya ses şeklinde, ya kendiliğinden oluşur ve genellikle bir enerji serbest eşlik biridir. Isı açığa çıktığında ekzotermik ve ekzergonik bir reaksiyonla karşı karşıya olduğumuz söylenir.

Bu nedenle 'ekzotermik' ve 'ekzergonik' terimleri karıştırılır ve yanlışlıkla eşanlamlılar olarak ele alınır. Bunun nedeni, birçok ekzotermik reaksiyonun aynı zamanda ekzergonik olmasıdır. Bu nedenle, ateş yakmanın neden olduğu gibi büyük bir ısı ve ışık salımı gözlenirse, bunun bir ekzergonik reaksiyondan oluştuğu varsayılabilir.

Ahşabın yanması ekzotermik ve aynı zamanda ekzergonik reaksiyonun bir örneğidir. Kaynak: Pixnio.

Bununla birlikte, açığa çıkan enerji fark edilmeyebilir ve o kadar da şaşırtıcı olmayabilir. Örneğin, sıvı bir ortam hafifçe ısınabilir ve yine de bir ekzergonik reaksiyonun sonucu olabilir. Çok yavaş ilerleyen bazı ekzergonik reaksiyonlarda en küçük sıcaklık artışı bile gözlenmez.

Bu tür termodinamik reaksiyonların merkezi ve karakteristik noktası, reaktanlara göre ürünlerdeki Gibbs serbest enerjisindeki azalmadır ve bu da kendiliğindenliğe dönüşür.

Eksergonik reaksiyonların özellikleri

Genel diyagram

Ekzergonik reaksiyon için enerji diyagramı. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Bir ekzergonik reaksiyonun ana özelliği, ürünlerin, reaktanlar veya reaktanlarinkinden daha düşük Gibss serbest enerjisine sahip olmasıdır (üstteki resim). Bu gerçek genellikle ürünlerin kimyasal olarak daha kararlı, daha güçlü bağlar, daha dinamik yapılar veya daha “rahat” koşullar ile ilişkilendirilir.

Bu nedenle, bu enerji farkı, ΔG, negatiftir (ΔG <0). Negatif olduğu için, tepki teoride kendiliğinden olmalıdır. Bununla birlikte, aktivasyon enerjisi (tepenin yüksekliği), sıcaklık ve entalpi ve entropideki değişiklikler gibi başka faktörler de bu kendiliğindenliği tanımlar.

Söz konusu olgunun veya kimyasal reaksiyonun doğasına cevap veren tüm bu değişkenler, bir reaksiyonun ekzergonik olup olmayacağını belirlemeyi mümkün kılar. Ayrıca ekzotermik bir reaksiyon olması gerekmediği de görülecektir.

Aktivasyon enerjisi çok yüksek olduğunda, reaktanlar, söz konusu enerji bariyerini düşürmek için bir katalizörün yardımına ihtiyaç duyar. Bu nedenle çok düşük hızlarda meydana gelen veya ilk etapta hiç oluşmayan ekzergonik reaksiyonlar vardır.

Sistemin serbest enerjisinde azalma

Aşağıdaki matematiksel ifade, yukarıda belirtilenleri kapsar:

ΔG = ΔH - TΔS

ΔH terimi, endotermik bir reaksiyonsa pozitif, ekzotermik ise negatiftir. ΔG'nin negatif olmasını istiyorsak, TΔS terimi çok büyük ve pozitif olmalıdır, böylece ΔH'den çıkarıldığında işlemin sonucu da negatif olur.

Bu nedenle, ve bu, ekzergonik reaksiyonların başka bir özel özelliğidir: sistemin entropisinde büyük bir değişiklik içerirler.

Böylece, tüm terimleri hesaba katarsak, bir ekzergonik reaksiyondan önce var olabiliriz ama aynı zamanda endotermik; yani, pozitif ΔH, çok yüksek bir sıcaklık veya büyük bir entropi değişikliği ile.

Çoğu ekzergonik reaksiyon da ekzotermiktir, çünkü eğer ΔH negatifse ve daha da negatif olan başka bir terimi çıkarırsak, sonuç olarak negatif değerli bir ΔG elde ederiz; TΔS negatif olmadığı sürece (entropi azalır) ve bu nedenle ekzotermik reaksiyon endergonik (kendiliğinden değil) hale gelir.

Bir reaksiyonun kendiliğindenliğinin (ekzergonik olsun ya da olmasın) büyük ölçüde termodinamik koşullara bağlı olduğunun altını çizmek önemlidir; geçiş hızı ise kinetik faktörlerden kaynaklanmaktadır.

Ekzergonik bir reaksiyonun kendiliğindenliği

Söylenenlere göre, ekzotermik olsun ya da olmasın, bir ekzergonik reaksiyonun kendiliğinden olduğu zaten bilinmektedir. Örneğin, bir bileşik kabı ile birlikte soğutularak suda çözülebilir. Bu çözülme süreci endotermiktir, ancak kendiliğinden gerçekleştiğinde ekzergonik olduğu söylenir.

Egzotermik reaksiyon

Diğerlerinden "daha fazla ekzergonik" reaksiyonlar var. Bunu öğrenmek için aşağıdaki ifadeyi tekrar elinizin altında tutun:

ΔG = ΔH - TΔS

En ekzergonik reaksiyonlar, tüm sıcaklıklarda kendiliğinden meydana gelen reaksiyonlardır. Yani, yukarıdaki ifadedeki T'nin değerine bakılmaksızın, ΔH negatif ve ΔS pozitiftir (ΔH <0 ve ΔS> 0). Bu nedenle, ilk fikirle çelişmeyen çok ekzotermik reaksiyonlardır.

Benzer şekilde, sistemin entropisinin azaldığı (ΔS <0) ekzotermik reaksiyonlar olabilir; tıpkı makromoleküllerin veya polimerlerin sentezinde olduğu gibi. Bu durumda, bunlar yalnızca düşük sıcaklıklarda ekzergonik reaksiyonlardır, çünkü aksi takdirde TΔS terimi çok büyük ve negatif olacaktır.

Endotermik reaksiyon

Öte yandan, yüksek sıcaklıklarda yalnızca spontane olan reaksiyonlar vardır: ΔH pozitif ve ΔS pozitif olduğunda (ΔH> 0 ve ΔS> 0). Endotermik reaksiyonlardan bahsediyoruz. Bu nedenle sıcaklıkta düşüşler kendiliğinden meydana gelebilir, çünkü yanlarında entropide bir artış taşırlar.

Bu arada, hiç eksergonik olmayan reaksiyonlar vardır: ΔH ve ΔS pozitif değerlere sahip olduğunda. Bu durumda, sıcaklık ne olursa olsun, reaksiyon asla kendiliğinden meydana gelmeyecektir. Spontan olmayan bir endergonik reaksiyondan bahsediyoruz.

Ekzergonik reaksiyon örnekleri

Kimya genellikle patlayıcı ve parlak olmakla karakterize edilir, bu nedenle çoğu reaksiyonun ekzotermik ve ekzergonik olduğu varsayılır.

Yanma

Ekzergonik reaksiyonlar alkanların, olefinlerin, aromatik hidrokarbonların, şekerlerin vb. Yanmasıdır.

Metal oksidasyonları

Aynı şekilde, metallerin oksidasyonları daha yavaş gerçekleşmelerine rağmen ekzergoniktir.

Vücudun katabolik reaksiyonları

Bununla birlikte, daha ince, aynı zamanda ekzergonik ve çok önemli olan başka süreçler de vardır: metabolizmamızın katabolik reaksiyonları. Burada, enerji rezervuarı görevi gören, kendilerini ısı ve ATP şeklinde salıveren ve vücudun birçok işlevini yerine getirdiği makromoleküller parçalanır.

Bu reaksiyonlar en sembolik karbonhidratlar küçük moleküller haline dönüştürmek için oksijen ile “yanık” olan fotosentez, (CO aksine, hücresel solunum olan ₂ ve H ₂ O) ve enerji.

Diğerleri

Diğer ekzergonik reaksiyonların yanı sıra, nitrojen triiyodidin, NI _3'ün patlayıcı ayrışmasına sahibiz ; alkali metallerin suya eklenmesi ve ardından bir patlama; etoksillenmiş reçinelerin polimer sentezi; sulu çözelti içinde asit-baz nötrleştirmeleri; ve kemo-ışıldayan reaksiyonlar.

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
2. Walter J. Moore. (1963). Fiziksel kimya. Kimyasal kinetikte. Dördüncü baskı, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Fizikokimyanın ilkeleri. Altıncı baskı, s. 479-540. Mc Graw Hill.
4. Vikipedi. (2020 yılında). Exergonic reaksiyon. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (16 Eylül 2019). Endergonik ve Eksergonik Reaksiyonlar ve Süreçler. Kurtarıldı: thinkco.com
6. Exergonic Reaction: Tanım ve Örnek. (2015, 18 Eylül). Study.com'dan kurtarıldı
7. Khan Akademisi. (2018). Bedava enerji. Es.khanacademy.org adresinden kurtarıldı