תגובה אקרגונית: מאפיינים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

תגובת exergonic היא אחת המתרחשת באופן ספונטני מלווה בדרך כלל על ידי שחרור של אנרגיה, בין אם בצורה של חום, אור או צליל. כאשר משתחרר חום, נאמר כי אנו עומדים בפני תגובה אקזוטית ואקסרגונית.

זו הסיבה שבין המונחים 'אקזוטרמיים' ו'אקסרגוניים 'מבולבלים, ומתייחסים בטעות למילים נרדפות. הסיבה לכך היא שתגובות אקזוותרמיות רבות הן גם אקסרגוניות. לכן, אם נצפה שחרור גדול של חום ואור, כמו זה שנגרם כתוצאה מהדלקת אש, ניתן להניח שהוא מורכב מתגובה אקסרגונית.

בעירה של עץ היא דוגמא לתגובה אקזוותרמית ובו זמנית אקרגונית. מקור: Pixnio.

עם זאת, האנרגיה המשתחררת עשויה להשתנות מבלי לשים לב ועשויה לא להיות כל כך מפתיעה. לדוגמה, מדיום נוזלי יכול להתחמם מעט ועדיין להיות תוצאה של תגובה אקסרגונית. בכמה תגובות אקרגוניות שמתקדמות לאט מדי, לא נצפתה אפילו עליית הטמפרטורה הקטנה ביותר.

הנקודה המרכזית והמאפיינת של תגובות מסוג זה תרמודינמיות היא הירידה באנרגיה החופשית של ג'יבס במוצרים ביחס למגיבים, מה שמתרגם לספונטניות.

מאפייני תגובות אקרגוניות

תרשים כללי

תרשים אנרגיה לתגובה אקסרגונית. מקור: גבריאל בוליבר.

המאפיין העיקרי של תגובה אקרגונית הוא שלמוצרים יש אנרגיות חופשיות ללא Gibss מאלו של המגיבים או המגיבים (תמונה עליונה). עובדה זו קשורה בדרך כלל לכך שהמוצרים יציבים יותר מבחינה כימית, עם קשרים חזקים יותר, מבנים דינמיים יותר או תנאים "נוחים" יותר.

לכן הפרש אנרגיה זה, ΔG, הוא שלילי (ΔG <0). בהיותו שלילי, התגובה צריכה להיות באופן ספונטני. עם זאת, גורמים אחרים מגדירים גם את הספונטניות הזו, כמו אנרגיית הפעלה (גובה הגבעה), טמפרטורה ושינויים באנטלפיה ואנטרופיה.

כל המשתנים הללו, המגיבים לאופי התופעה או התגובה הכימית הנחשבת, מאפשרים לקבוע אם התגובה תהיה אקסרגונית או לא. ויראה גם שהיא לא בהכרח חייבת להיות תגובה אקזוטית.

כאשר אנרגיית ההפעלה גבוהה מאוד, המגיבים דורשים עזרה של זרז כדי להוריד את מחסום האנרגיה האמור. זו הסיבה שיש תגובות אקסרגוניות המתרחשות במהירויות נמוכות מאוד, או שלא מופיעות מלכתחילה.

ירידה באנרגיה החופשית של המערכת

הביטוי המתמטי הבא כולל את האמור לעיל:

ΔG = ΔH - TΔS

המונח ΔH הוא חיובי אם זו תגובה אנדותרמית, ושלילית אם היא אקסותרמית. אם אנו רוצים ש- G יהיה שלילי, מונח ה- TΔS חייב להיות גדול מאוד וחיובי, כך שכאשר חיסור מ- ΔH התוצאה של הפעולה היא גם שלילית.

לכן, וזו תכונה מיוחדת נוספת של תגובות אקרגוניות: הן כרוכות בשינוי גדול באנטרופיה של המערכת.

לפיכך, בשים לב לכל המונחים, אנו יכולים להיות נוכחים לפני תגובה אקסרגונית אך יחד עם זאת אנדותרמיים; כלומר, עם positiveH חיובי, טמפרטורה גבוהה מאוד, או שינוי אנטרופי גדול.

מרבית התגובות האקסרגוניות הן גם אקסותרמיות, מכיוון שאם ΔH שלילי, ועל ידי חיסור מונח אחר שהוא שלילי עוד יותר, נקבל כתוצאה מכך ΔG עם ערך שלילי; אלא אם כן TΔS הוא שלילי (האנטרופיה פוחתת), ולכן התגובה האקוטרמית הייתה הופכת לאנדרגונית (לא ספונטנית).

חשוב להדגיש כי הספונטניות של תגובה (בין שהיא אקסרגונית או לא), תלויה מאוד בתנאים התרמודינמיים; ואילו המהירות בה היא עוברת נובעת מגורמים קינטיים.

ספונטניות של תגובה אקרגונית

ממה שנאמר כבר ידוע שתגובה אקסרגונית היא ספונטנית, בין שהיא אקסותרמית או לא. לדוגמא, ניתן להמיס תרכובת במים על ידי קירורם יחד עם המיכל שלה. תהליך פירוק זה הוא אנדותרמי, אך כאשר הוא מתרחש באופן ספונטני אומרים שהוא אקסרגוני.

תגובה אקזוטית

יש תגובות "אקסרגוניות" יותר מאחרות. כדי לגלות זאת, שמור שוב את הביטוי הבא:

ΔG = ΔH - TΔS

התגובות האקסרגוניות ביותר הן אלה שמתרחשות באופן ספונטני בכל הטמפרטורות. כלומר, ללא קשר לערך T בביטוי לעיל, ΔH שלילי ו- ΔS חיובי (ΔH <0 ו- ΔS> 0). לפיכך מדובר בתגובות אקזוותרמיות מאוד, שאינן סותרות את הרעיון הראשוני.

בדומה, יתכנו תגובות אקזוטריות בהן האנטרופיה של המערכת פוחתת (ΔS <0); בדיוק כמו שזה קורה בסינתזה של מקרומולקולות או פולימרים. במקרה זה, מדובר בתגובות אקסרגוניות רק בטמפרטורות נמוכות, שכן אחרת טווח ה- TΔS יהיה גדול מאוד ושלילי.

תגובה אנדותרמית

מצד שני, ישנן תגובות שרק ספונטניות בטמפרטורות גבוהות: כאשר ΔH חיובי ו- positiveS חיובי (ΔH> 0 ו- ΔS> 0). אנחנו מדברים על תגובות אנדותרמיות. זו הסיבה שירידות בטמפרטורה יכולות להתרחש באופן ספונטני, מכיוון שהם נושאים עימם עלייה באנטרופיה.

בינתיים, ישנן תגובות שאינן אקרגוניות כלל: כאשר ל- H ו- ΔS יש ערכים חיוביים. במקרה זה, לא משנה מה הטמפרטורה, התגובה לעולם לא תתרחש באופן ספונטני. אנחנו מדברים על תגובה אנדרגונית לא ספונטנית.

דוגמאות לתגובות אקסרגוניות

כימיה מאופיינת בדרך כלל בהיותה נפיצה ובהירה, ולכן ההנחה היא שרוב התגובות הן אקזוטריות ואקסרגוניות.

שְׂרֵפָה

תגובות אקרגוניות הן בעירה של אלקנים, אולפינים, פחמימנים ארומטיים, סוכרים וכו '.

חמצון מתכת

כמו כן, חמצון של מתכות הוא אקסרגוני, אם כי הם מתרחשים לאט יותר.

תגובות קטבוליות של הגוף

עם זאת, ישנם תהליכים אחרים, עדינים יותר, שהם גם אקסרגוניים וחשובים מאוד: התגובות הקטבוליות של חילוף החומרים שלנו. כאן נשברים מקרומולקולות הפועלות כמאגרי אנרגיה, ומשחררים את עצמם בצורת חום ו- ATP, ובזכותם הגוף מבצע רבות מתפקידיו.

הסמל המובהק ביותר מתגובות אלה הוא נשימה תאית, בניגוד לפוטוסינתזה, שם "נשרפים" פחמימות בחמצן כדי להפוך אותם למולקולות קטנות (CO ₂ ו- H ₂ O) ואנרגיה.

אחרים

בין התגובות האקסרגוניות האחרות יש לנו פירוק נפץ של חנקן טריודיד, NI ₃ ; תוספת של מתכות אלקליות למים, ואחריה פיצוץ; סינתזת פולימרים של שרפים ethoxylated; נטרול בסיס חומצה בתמיסה מימית; ותגובות כימא-לומינצנטיות.

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. וולטר ג'יי מור. (1963). כימיה פיזיקלית. בקינטיקה כימית. מהדורה רביעית, לונגמן.
3. אירה נ. לוין. (2009). עקרונות הפיזיקו-כימיה. המהדורה השישית, עמ '479-540. מק גריי היל.
4. ויקיפדיה. (2020). תגובה אקרגונית. התאושש מ: en.wikipedia.org
5. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (16 בספטמבר 2019). תגובות אנדרגוניות לעומת תהליכים אקרגוניים. התאושש מ: thoughtco.com
6. תגובה אקרגונית: הגדרה ודוגמא. (2015, 18 בספטמבר). התאושש מ: study.com
7. האקדמיה לחאן. (2018). אנרגיה חינמית. התאושש מ: es.khanacademy.org