Różnica między egzotermiczną i egzergoniczną

Klasyfikacje endotermiczne i egzotermiczne odnoszą się do przenoszenia ciepła $ q $ lub zmian entalpii $ \ Delta_ \ mathrm {R} H $. Klasyfikacje endergoniczne i egzergoniczne odnoszą się do zmian energii swobodnej (zwykle energii swobodnej Gibbsa) $ \ Delta_ \ mathrm {R} G $.

Jeśli reakcje są scharakteryzowane i zrównoważone wyłącznie przez przenoszenie ciepła (lub zmianę entalpii), wtedy „użyjesz entalpii reakcji $ \ Delta {} _ {\ mathrm {R }} H $.

Następnie należy rozróżnić trzy przypadki:

1. $ \ Delta {} _ {\ mathrm {R}} H < 0 $, egzotermiczna reakcja, która uwalnia ciepło do otoczenia (wzrost temperatury)
2. $ \ Delta {} _ {\ mathrm {R}} H = 0 $, bez wymiany netto of heat
3. $ \ Delta {} _ {\ mathrm {R}} H > 0 $, endotermiczna reakcja, która pochłania ciepło z otoczenia (temperatura spada )

W 1876 roku Thomson i Berthelot opisał tę siłę napędową w zasadzie odnoszącej się do powinowactwa reakcji. dla nich możliwe były tylko reakcje egzotermiczne.

Ale jak byś wytłumaczył, na przykład, zawieszenie mokrego ubrania na sznurku – suche, nawet podczas mroźnej zimy? Dzięki pracom von Helmholtz , van „t Hoff , Boltzmann (i inni), które możemy zrobić. Entropia $ S $, w zależności od liczby dostępnych realizacji reagentów („opisanie stopnia uporządkowania”) koniecznie należy również wziąć pod uwagę.

Te dwa elementy przyczyniają się do maksymalnej pracy, jaką może wykonać reakcja, opisanej przez Energia swobodna Gibbsa $ G $. Ma to szczególne znaczenie, biorąc pod uwagę reakcje z gazami, ponieważ liczba dostępnych realizacji reagentów („stopień lub kolejność”) może się zmieniać ($ \ Delta_ \ mathrm {R } S $ może być duże) .Dla danej reakcji, zmiana w reakcji swobodnej energii Gibbsa wynosi $ \ Delta {} _ {\ mathrm {R}} G = \ Delta {} _ {\ mathrm {R}} H – T \ Delta {} _ {\ mathrm {} R} S $.

Następnie należy rozróżnić trzy przypadki:

1. $ \ Delta {} _ {\ mathrm {R}} G < 0 $, reakcja egzergoniczna, „runni ng dobrowolnie „od lewej do prawej strony równania reakcji (reakcja jest spontaniczna, jak napisano)
2. $ \ Delta {} _ {\ mathrm {R}} G = 0 $, stan termodynamiczny równowaga, tj. na poziomie makroskopowym nie ma reakcji netto lub
3. $ \ Delta {} _ {\ mathrm {R}} G > 0 $, reakcja endergoniczna, która albo wymaga wkładu energii z zewnątrz, aby przebiegać od lewej do prawej strony równania reakcji lub w inny sposób przebiega wstecz, od prawej do lewej strony (reakcja jest spontaniczna w odwrotnym kierunku)

Reakcje można klasyfikować według entalpii reakcji, entropii reakcji, entalpii wolnej reakcji – nawet jednocześnie – zawsze faworyzując reakcję egzergoniczną:

1. Przykład, spalanie propanu z tlenem , $ \ ce {5 O2 + C3H8 – > 4H2O + 3CO2} $. Ponieważ zarówno rozpraszanie ciepła ($ \ Delta _ {\ mathrm {R}} H < 0 $, egzotermiczne), jak i wzrost liczby cząstek ($ \ Delta _ {\ mathrm {R}) } S > 0 $) faworyzuje reakcję, jest to reakcja egzergoniczna ($ \ Delta _ {\ mathrm {R}} G < 0 $).
2. Przykład, reakcja tlenu do ozonu, $ \ ce {3 O2 – > 2 O3} $. To jest reakcja endergoniczna ($ \ Delta _ {\ mathrm {R}} G > 0 $), ponieważ liczba cząsteczek maleje ($ \ Delta _ {\ mathrm {R}} S < 0 $) i jednocześnie jest endotermiczne ($ \ Delta _ {\ mathrm {R}} H > 0 $).
3. Reakcja z gazem wodnym , w której para wodna jest prowadzona nad węglem stałym $ \ ce {H2O + C < = > CO + H2} $. Tylko w temperaturach $ T $ daje udział entropii $ T \ cdot \ Delta _ {\ mathrm {R}} S > \ Delta _ {\ mathrm {R}} H $, endotermia reakcja może stać się egzergoniczna.
4. Reakcja wodoru i tlenu z wytworzeniem pary wodnej, $ \ ce {2 H2 + O2 – > 2 H2O} $.To jest reakcja egzotermiczna ($ \ Delta _ {\ mathrm {R}} H < 0 $) ze zmniejszającą się liczbą cząstek ($ \ Delta _ {\ mathrm {R}} S < 0 $). Tylko w temperaturach równych lub niższych $ T $ z $ | T \ cdot \ Delta _ {\ mathrm {R}} S | < | \ Delta _ {\ mathrm {R}} H | $ występuje reakcja makroskopowa. Innymi słowy, chociaż reakcja przebiega dobrze w temperaturze pokojowej, w wysokich temperaturach (np. 6000 K), ta reakcja nie zachodzi.

W końcu należy pamiętać, że chodzi o termodynamikę a nie kinetyka. Istnieją również oznaki spontaniczności reakcji.

Komentarze

• A więc ' to tylko synonimy dla spontanicznych i niespontanicznych?
• @ user3932000 Nie, nie są one synonimami spontanicznych lub niespontanicznych. Oceniają różnicę energii, porównując stan energetyczny materiału (-ów) wyjściowego (-ych) z jednym z produktów.
• Czy są to dwa sposoby wyrażenia tych samych stanów? Egzergoniczna / endergoniczna przy opisywaniu różnic energii oraz spontaniczna / niespontaniczna przy opisywaniu termodynamiki reakcji.

Obie egzergoniczne a reakcje egzotermiczne uwalniają energię, jednak uwalniane energie mają następujące znaczenie:

• Reakcja egzotermiczna

  • Uwolniona energia nazywana jest po prostu energią
  • Energia reagentów jest większa niż produktów
  • Energia układu reakcyjnego spada w stosunku do energii otoczenia, tj. otoczenie staje się cieplejsze.

• Reakcja egzergoniczna

  • Uwolniona energia ma specjalną nazwę zwaną energią Gibbsa lub energią swobodną Gibbsa
  • Reagenty energii są większe niż produkty
  • Nie ma to nic wspólnego z tym, jak gorące lub zimne stają się reagenty. Ma znaczenie bardziej chemiczne – dotyczy spontaniczności reakcji; zatem zawsze oznacza, że reakcja jest możliwa, tj. reakcja zawsze się wydarzy.

Podsumowując, podczas gdy reakcja egzergoniczna oznacza, że reakcja jest spontaniczna, reakcja egzotermiczna nie ma nic wspólnego ze spontanicznością, ale energia jest uwalniana do otoczenia.

W egzotermicznym i Reakcje endotermiczne mówimy głównie o zmianach energii potencjalnej, zmiany te przejawiają się zwykle jako przepływ ciepła w warunkach stałego ciśnienia, zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki. Kiedy mierzymy entalpię, mierzymy energię zaangażowaną w tworzenie / zrywanie wiązań chemicznych w danej reakcji.

To jest bardzo przydatna miara do przewidywania, jakie związki utworzą się w określonych warunkach, a CAŁKOWITA energia potencjalna zmienia się jednak. Druga zasada termodynamiki mówi nam, że nie możemy wykorzystać CAŁEJ energii w reakcji chemicznej, aby wykonać pracę, tylko niewielka jej ilość . Dlatego musieliśmy wymyślić Endergonic i Exergonic, aby wyjaśnić, jak zmiany w GIBBS FREE ENERGY wpływają na reakcję chemiczną

TLDR: Exo / Endotehrmic mierzymy zmiany w stanach energii potencjalnej

nie możemy wykorzystać całej energii potencjalnej, aby wykonać pracę

musimy zmierzyć energię, którą możemy wykorzystać do pracy jako energoniczną i egzergoniczną

Dla reakcji egzotermicznej $ \ Delta H \ lt0 $. Dla egzergonicznego ograniczenia reakcji jest (z Gibbs-Helmholtz eqn): $ \ Delta G \ lt0 \ Rightarrow \ Delta HT \ Delta S \ lt0 \ Rightarrow \ Delta H \ lt T \ Delta S $ Stąd, nawet jeśli $ \ Delta H > 0 $ (reakcja endotermiczna), reakcja może być egzergoniczna, pod warunkiem, że jest zgodna z ograniczeniem ($ \ Delta H \ lt T \ Delta S $; wysoka temperatura lub większa nie. stopnia swobody). Nie ma więc takiego narzucenia, że reakcja musi być egzotermiczna, jeśli jest egzergoniczna, lub odwrotnie.

Komentarze

• Edytuj swoją odpowiedź – jako napisano, że ' jest niekompletny. Zobacz ten przewodnik po stylu , aby dowiedzieć się, jak składać posty.

Tak, wszystkie reakcje egzergoniczne są egzotermiczne. Rozważ reakcję zachodzącą spontanicznie, wiemy, że uwolniłaby się energia, tj. „$ \ Ce {\ Delta H} $ jest ujemne” (ponieważ reakcja lub proces pochłaniający energię czyni ją niespontaniczną) i zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, entropia (lub zaburzenie) systemu musi wzrosnąć.

Ujemna $ \ ce {\ Delta H} $ i rosnąca, dodatnia entropia razem dają $ \ ce {\ Delta G} $ ujemną zgodnie z równaniem: $ \ ce {\ Delta G = \ Delta H ~ – ~ T \ Delta S} $ (gdzie $ \ ce {\ Delta} $ = zmiana; G = Gibb ” s energia swobodna; H = entalpia; T = temperatura termodynamiczna i S = entropia). Dlatego jeśli zmiana entalpii jest ujemna, a zmiana energii swobodnej jest ujemna, oba są (odpowiednio) egzotermiczne i egzergoniczne. To samo dotyczy endotermii i .

Komentarze

• Twoje pierwsze zdanie jest nieprawidłowe. Zobacz tutaj , aby uzyskać spontaniczna (tj. egzergoniczna), ale endotermiczna reakcja. Przykłady nie są tak powszechne, ponieważ w niskich temperaturach czynnik entropii często okazuje się mały, więc na zmiany energii swobodnej mają wpływ głównie zmiany entalpii. >