Podle spontánní reakce rozumím to – Reakce, jejíž G je negativní a která nastává bez vstupu energie.
Benzín reaguje s kyslíkem, pouze pokud je zajištěna jiskra. Jak to tedy může být spontánní reakce?
Vyskytují se v přírodě spontánní reakce? Pokud ano, jsou vždy pomalé? Jsou-li pomalé, jaký je rozdíl mezi pomalou spontánní reakcí a nespontánní reakcí?
Jsou aktivní aktivity nespontánních reakcí více než spontánní reakce?
Odpověď
Spontánní reakce jednoduše znamenají, že produkty budou mít nižší volnou energii než reaktanty ($ \ Delta G $ je záporné). Pokud je $ \ Delta G $ záporné, pak je energeticky výhodné, aby reakce proběhla – jinými slovy, dojde k uvolnění energie v důsledku reakce.
Velikost $ \ Delta G $ (jak velká je) neříká nic o rychlosti reakce. Například reakce mezi benzínem a kyslíkem v atmosféře při pokojové teplotě bude extrémně pomalá, a to i přes velký záporný $ \ Delta G $. Je to proto, že tato reakce má velkou aktivační energii, $ E_A $.
Počkejte. Když se dvě reaktanty srazí, interagují za vzniku extrémně nestabilní struktury zvané přechodový stav. Přechodový stav má vysoký obsah energie a NENÍ energeticky příznivý, a tak se přechodný stav rychle znovu zhroutí a stane se buď reaktantem, nebo produktem. Můžete to vidět na následujícím obrázku.
V závislosti na kinetické energii reaktantů nemusí dosáhnout horní část křivky, v takovém případě spadnou zpět na reaktanty. Pokud se však srazí dostatečně rychle a jsou navzájem vhodně umístěny, dosáhne se vrcholu křivky a vytvoří se produkty. Energie potřebná k vytvoření přechodového stavu je aktivační energie.
U benzínu a kyslíku je aktivační energie vysoká. Takže i když se během reakce uvolní obrovské množství energie, potřebuje k překonání své aktivační energie jiskru. Od této chvíle dodává teplo generované reakcí aktivační energii.
Pokud by tato reakce nebyla spontánní, mohli bychom být schopni ji donutit, ale reakce by sama o sobě nepokračovala.
Jak víte, ne všechny reakce proběhnou až do konce. Je to proto, že Gibbsova volná energie je závislá na koncentracích reaktantů a produktů, takže při akumulaci produktů a při použití reaktantů se $ \ Delta G $ blíží 0 a nakonec dosáhne rovnováhy, kde $ \ Delta G = 0 $. Vizualizujte tento scénář na obrázku výše. Pokud v Gibbsově volné energii není žádný rozdíl, reaktanty se stále dostanou do přechodného stavu a přemění se na produkty. Energie potřebná k tomu, aby produkty dosáhly přechodového stavu a staly se reaktanty, je však ekvivalentní, a tedy rychlost dopředné reakce se rovná rychlosti opačné reakce.
Rozdíl mezi reakcemi, které dosáhnou rovnováha a ty, které běží až do konce, je velikost $ \ Delta G $ za standardních podmínek (označeno $ \ Delta G ° $). Toto je míra energetické energeticky příznivé reakce „neodmyslitelně“. Pokud je $ \ Delta G ° $ velký a záporný, reakce se dokončí. Pokud je menší, reakce v určitém okamžiku nastolí rovnováhu.
To alespoň obecně platí pro reakce, kde myslím, že všechny druhy zůstávají ve stejné fázi. Pokud si představujete reakci kde jedním z produktů je plyn, který uniká z roztoku reaktantů, pak se produkty nebudou moci reformovat na reaktanty.
Odpovědět
Slovo „spontánní“ má v každodenním životě různé významy, což je neužitečné. Dávám přednost představě spontánní reakce jako takové, která „se může vyskytnout“, bez jakékoli předpovědi, jak rychle k reakci dojde. nesmí dojít k reakci – tj. je to spontánní, nemůže dojít bez ohledu na kinetickou taktiku (katalyzátor, vyšší koncentrace reaktantů), kterou zkoušíme, kromě toho, že pokud systém zahřejeme, může dojít k reakci při vyšší teplotě protože delta G se mění.
Mým zájmem by bylo nepoužívat slovo „spontánně“ vůbec pro chemické reakce, ale t o definovat reakci, která je povolena jako reakce s velkou rovnovážnou konstantou. Souvislost mezi změnou volné energie a K znamená, že velké K znamená velkou zápornou deltu G. Důvodem pro tento přístup je, že rovnovážné konstanty (K) jsou přímým experimentálním důkazem reakce – velké K znamená, že reakce prakticky prošla dokončení.