Zawartość
Reakcje są klasyfikowane jako egzergoniczne lub endergoniczne na podstawie zmiany ilości zwanej „energią swobodną Gibbsa”. W przeciwieństwie do reakcji endergonicznych, reakcja egzergoniczna może wystąpić spontanicznie, bez konieczności wprowadzania pracy. To nie znaczy, że reakcja musi koniecznie wystąpić po prostu dlatego, że jest egzergoniczna - szybkość, z jaką zachodzi reakcja, może być tak wolna, że nigdy nie nastąpi w skali czasu, na której ci zależy.
Gibbs Free Energy
Darmowa energia Gibbsa nie jest nazywana „darmową energią”, ponieważ nie ma ceny, ale ponieważ mierzy, ile pracy niemechanicznej może wykonać system. Jeśli reagenty w procesie mają wyższą energię swobodną Gibbsa niż produkty, proces nazywa się egzergoniczny, co oznacza, że uwalnia energię. Innym sposobem na powiedzenie tego jest opisanie reakcji jako spontanicznej termodynamicznie, co oznacza, że nie musisz wykonywać pracy, aby reakcja się wydarzyła.
Egzotermiczny vs. egzergonowy
Wiele, ale nie wszystkie, reakcje egzergoniczne są egzotermiczne, co oznacza, że uwalniają ciepło. Reakcja może jednak być egzergiczna, a jednak pochłaniać ciepło lub być endotermiczna. W związku z tym egzotermiczne i egzergoniczne niekoniecznie idą w parze. Kluczowa różnica między nimi polega na różnicy między pracą a ciepłem; proces egzergonowy uwalnia energię przez pracę, podczas gdy proces egzotermiczny uwalnia energię przez ciepło. Co więcej, proces może być egzergonowy w niektórych temperaturach, ale w innych nie.
Entropia kontra entalpia
Dziewiętnastowieczni chemicy stwierdzili, że spontaniczne reakcje endotermiczne są 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 i jego otoczenie, proces będzie egzergoniczny, jeśli spowoduje wzrost entropii netto. Uwalnianie ciepła do otoczenia powoduje wzrost entropii, ale taka reakcja może nadal pochłaniać ciepło i zachodzić egzergonicznie, jeśli entropia układu wzrośnie o jeszcze większą wartość.
Uwagi
Odparowanie - proces, w którym ciecz zamienia się w gaz - wiąże się z bardzo dużą pozytywną zmianą entropii. Reakcje egzergoniczne pochłaniające ciepło są często reakcjami uwalniającymi gaz jako jeden z produktów. Wraz ze wzrostem temperatury reakcje te staną się bardziej egzergiczne. Natomiast egzotermiczna reakcja, która uwalnia ciepło, będzie bardziej egzergoniczna w niższych temperaturach niż w wyższych. Wszystkie te rozważania odgrywają rolę w określaniu, czy reakcja będzie spontaniczna.