ลักษณะและตัวอย่างปฏิกิริยา EXERGONIC - เคมี - 2026

ปฏิกิริยา exergonicเป็นสิ่งหนึ่งที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและตามมาด้วยการเปิดตัวของพลังงานโดยทั่วไปทั้งในรูปแบบของความร้อนแสงหรือเสียง เมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมากล่าวกันว่าเรากำลังเผชิญกับปฏิกิริยาคายความร้อนและรุนแรง

นั่นคือเหตุผลที่คำว่า 'คายความร้อน' และ 'exergonic' สับสนกลายเป็นคำพ้องความหมายอย่างผิด ๆ เนื่องจากปฏิกิริยาคายความร้อนจำนวนมากยังมีลักษณะภายนอกที่ผิดปกติ ดังนั้นหากสังเกตเห็นการปลดปล่อยความร้อนและแสงจำนวนมากเช่นที่เกิดจากการจุดไฟก็สามารถสันนิษฐานได้ว่าประกอบด้วยปฏิกิริยาที่ผิดปกติ

การเผาไหม้ของไม้เป็นตัวอย่างของปฏิกิริยาคายความร้อนและในเวลาเดียวกัน ที่มา: Pixnio

อย่างไรก็ตามพลังงานที่ปล่อยออกมาอาจไม่มีใครสังเกตเห็นและอาจไม่น่าแปลกใจนัก ตัวอย่างเช่นตัวกลางที่เป็นของเหลวอาจร้อนขึ้นเล็กน้อยและยังคงเป็นผลมาจากปฏิกิริยาที่ผิดปกติ ในปฏิกิริยาภายนอกบางอย่างที่ดำเนินไปช้าเกินไปอุณหภูมิจะไม่เพิ่มขึ้นแม้แต่น้อยที่สุด

จุดศูนย์กลางและลักษณะเฉพาะของปฏิกิริยาทางอุณหพลศาสตร์ประเภทนี้คือการลดลงของพลังงานอิสระของกิบส์ในผลิตภัณฑ์เมื่อเทียบกับสารตั้งต้นซึ่งแปลเป็นความเป็นธรรมชาติ

ลักษณะของปฏิกิริยาภายนอก

แผนภาพทั่วไป

แผนภาพพลังงานสำหรับปฏิกิริยาภายนอก ที่มา: Gabriel Bolívar

ลักษณะสำคัญของปฏิกิริยา Exergonic คือผลิตภัณฑ์มีพลังงานฟรี Gibss ต่ำกว่าสารตั้งต้นหรือสารตั้งต้น (ภาพบน) ข้อเท็จจริงนี้มักจะเกี่ยวข้องกับการที่ผลิตภัณฑ์มีความเสถียรทางเคมีมากขึ้นด้วยพันธะที่แข็งแกร่งโครงสร้างแบบไดนามิกมากกว่าหรือสภาวะที่ "สะดวกสบาย" มากกว่า

ดังนั้นความแตกต่างของพลังงานนี้ΔGจึงเป็นลบ (ΔG <0) ในทางลบปฏิกิริยาควรเกิดขึ้นเองตามทฤษฎี อย่างไรก็ตามปัจจัยอื่น ๆ ยังกำหนดความเป็นธรรมชาตินี้เช่นพลังงานกระตุ้น (ความสูงของเนินเขา) อุณหภูมิและการเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปีและเอนโทรปี

ตัวแปรทั้งหมดเหล่านี้ซึ่งตอบสนองต่อลักษณะของปรากฏการณ์หรือปฏิกิริยาทางเคมีที่พิจารณาทำให้สามารถระบุได้ว่าปฏิกิริยาจะผิดปกติหรือไม่ และจะเห็นได้ด้วยว่าไม่จำเป็นต้องเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน

เมื่อพลังงานกระตุ้นสูงมากสารตั้งต้นต้องการความช่วยเหลือจากตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อลดอุปสรรคด้านพลังงานดังกล่าว นั่นคือเหตุผลที่มีปฏิกิริยาตอบสนองที่เกิดขึ้นด้วยความเร็วต่ำมากหรือไม่เกิดขึ้นเลยในตอนแรก

ลดพลังงานอิสระของระบบ

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ต่อไปนี้ครอบคลุมสิ่งที่กล่าวมา:

ΔG = ΔH - TΔS

คำว่าΔHเป็นบวกถ้าเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนและลบหากเป็นแบบคายความร้อน ถ้าเราต้องการให้ΔGเป็นลบคำว่าTΔSจะต้องมีขนาดใหญ่และเป็นบวกมากดังนั้นเมื่อลบออกจากΔHผลลัพธ์ของการดำเนินการก็จะเป็นลบเช่นกัน

ดังนั้นและนี่เป็นคุณสมบัติพิเศษอีกอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาภายนอก: พวกมันเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในเอนโทรปีของระบบ

ดังนั้นเมื่อคำนึงถึงข้อกำหนดทั้งหมดเราสามารถนำเสนอก่อนที่จะเกิดปฏิกิริยารุนแรง แต่ในขณะเดียวกันก็มีการดูดความร้อน นั่นคือมีค่าΔHเป็นบวกอุณหภูมิที่สูงมากหรือการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีอย่างมาก

ปฏิกิริยา exergonic ส่วนใหญ่จะคายความร้อนด้วยเช่นกันเพราะถ้าΔHเป็นลบและด้วยการลบคำอื่นที่เป็นลบมากขึ้นเราจะได้ΔGที่มีค่าเป็นลบ เว้นแต่TΔSจะเป็นลบ (เอนโทรปีลดลง) ดังนั้นปฏิกิริยาคายความร้อนจะกลายเป็นผิดปกติ (ไม่เกิดขึ้นเอง)

เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเน้นว่าความเป็นธรรมชาติของปฏิกิริยา (ไม่ว่าจะเป็นภายนอกหรือไม่ก็ตาม) ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขทางอุณหพลศาสตร์อย่างมาก ในขณะที่ความเร็วที่ผ่านไปนั้นเกิดจากปัจจัยทางจลศาสตร์

ความเป็นธรรมชาติของปฏิกิริยาที่ผิดปกติ

จากสิ่งที่ได้กล่าวไปเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าปฏิกิริยาภายนอกนั้นเกิดขึ้นเองไม่ว่าจะเป็นการคายความร้อนหรือไม่ก็ตาม ตัวอย่างเช่นสารประกอบสามารถละลายในน้ำได้โดยการทำให้เย็นลงพร้อมกับภาชนะ กระบวนการสลายตัวนี้เป็นการดูดความร้อน แต่เมื่อเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติจะกล่าวได้ว่าเป็นกระบวนการที่ผิดปกติ

ปฏิกิริยาคายความร้อน

มีปฏิกิริยาที่ "ผิดปกติ" มากกว่าปฏิกิริยาอื่น ๆ หากต้องการทราบให้ใช้นิพจน์ต่อไปนี้อีกครั้ง:

ΔG = ΔH - TΔS

ปฏิกิริยาที่ผิดปกติมากที่สุดคือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในทุกอุณหภูมิ นั่นคือไม่ว่าค่า T ในนิพจน์ข้างต้นจะเป็นอย่างไรΔHเป็นลบและΔSบวก (ΔH <0 และΔS> 0) ดังนั้นจึงมีปฏิกิริยาคายความร้อนสูงซึ่งไม่ขัดแย้งกับแนวคิดเริ่มต้น

ในทำนองเดียวกันอาจมีปฏิกิริยาคายความร้อนที่เอนโทรปีของระบบลดลง (ΔS <0); เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในการสังเคราะห์โมเลกุลขนาดใหญ่หรือพอลิเมอร์ ในกรณีนี้ปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาที่ผิดปกติที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้นมิฉะนั้นคำว่าTΔSจะมีขนาดใหญ่และเป็นลบมาก

ปฏิกิริยาดูดความร้อน

ในทางกลับกันมีปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น: เมื่อΔHเป็นบวกและΔSบวก (ΔH> 0 และΔS> 0) เรากำลังพูดถึงปฏิกิริยาดูดความร้อน นั่นคือสาเหตุที่การลดลงของอุณหภูมิสามารถเกิดขึ้นได้เองเนื่องจากมีการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี

ในขณะเดียวกันก็มีปฏิกิริยาที่ไม่ผิดปกติเลย: เมื่อΔHและΔSมีค่าเป็นบวก ในกรณีนี้ไม่ว่าอุณหภูมิจะเป็นเท่าใดปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติ เรากำลังพูดถึงปฏิกิริยาเอนเดอร์โกนิกที่ไม่เกิดขึ้นเอง

ตัวอย่างของปฏิกิริยาที่ผิดปกติ

เคมีมักมีลักษณะเป็นวัตถุระเบิดและสว่างดังนั้นจึงสันนิษฐานได้ว่าปฏิกิริยาส่วนใหญ่เป็นการคายความร้อนและรุนแรงเกินกว่าปกติ

การเผาไหม้

ปฏิกิริยา Exergonic คือการเผาไหม้ของแอลเคนโอเลฟินอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนน้ำตาล ฯลฯ

ออกซิเดชันของโลหะ

ในทำนองเดียวกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะนั้นมีความผิดปกติแม้ว่าจะเกิดขึ้นช้ากว่าก็ตาม

ปฏิกิริยา catabolic ของร่างกาย

อย่างไรก็ตามยังมีกระบวนการอื่น ๆ ที่ละเอียดกว่าซึ่งเป็นกระบวนการที่ผิดปกติและสำคัญมากด้วยเช่นกันนั่นคือปฏิกิริยา catabolic ของการเผาผลาญของเรา ที่นี่โมเลกุลขนาดใหญ่จะสลายตัวซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บพลังงานปลดปล่อยตัวเองในรูปแบบของความร้อนและ ATP และต้องขอบคุณที่ร่างกายทำหน้าที่หลายอย่าง

ปฏิกิริยาเหล่านี้ที่เป็นสัญลักษณ์มากที่สุดคือการหายใจของเซลล์ซึ่งต่างจากการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยที่คาร์โบไฮเดรตจะถูก“ เผา” ด้วยออกซิเจนเพื่อเปลี่ยนเป็นโมเลกุลขนาดเล็ก (CO ₂และ H ₂ O) และให้พลังงาน

คนอื่น ๆ

ในบรรดาปฏิกิริยาภายนอกอื่น ๆ เรามีการสลายตัวของไนโตรเจนไตรโอไดด์ที่ระเบิดได้ NI ₃ ; การเติมโลหะอัลคาไลลงในน้ำตามด้วยการระเบิด การสังเคราะห์พอลิเมอร์ของเรซิน ethoxylated การทำให้เป็นกลางของกรด - เบสในสารละลายน้ำ และปฏิกิริยาเคมีเรืองแสง

อ้างอิง

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
2. วอลเตอร์เจมัวร์ (1963) เคมีกายภาพ. ในจลนศาสตร์เคมี. รุ่นที่สี่ Longmans
3. อิราเอ็น. เลวีน. (2009) หลักฟิสิกส์เคมี. พิมพ์ครั้งที่หก, หน้า 479-540 Mc Graw Hill
4. วิกิพีเดีย (2020) ปฏิกิริยาที่ผิดปกติ สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (16 กันยายน 2562). Endergonic vs Exergonic ปฏิกิริยาและกระบวนการ ดึงมาจาก: thoughtco.com
6. ปฏิกิริยา Exergonic: ความหมายและตัวอย่าง (2558 18 กันยายน). ดึงมาจาก: study.com
7. Khan Academy. (2018) พลังงานฟรี สืบค้นจาก: es.khanacademy.org