Ce înțeleg printr-o reacție spontană este că – O reacție al cărei G este negativ și care are loc fără aportul de energie.
Benzina reacționează cu oxigenul numai dacă este furnizată o scânteie. Deci, cum poate fi o reacție spontană?
Reacțiile non-spontane apar în natură? Dacă da, sunt întotdeauna lente? Dacă sunt lente, atunci care este diferența dintre o reacție spontană lentă și o reacție nespontană?
Reacțiile nespontane sunt energii active mai mult decât cea a reacțiilor spontane?
Răspuns
Reacțiile spontane înseamnă pur și simplu că produsele vor fi mai mici în energie liberă decât reactanții ($ \ Delta G $ este negativ). Dacă $ \ Delta G $ este negativ, atunci este favorabil din punct de vedere energetic ca reacția să apară – cu alte cuvinte, va exista o eliberare de energie datorită reacției.
Magnitudinea $ \ Delta G $ (cât de mare este) nu spune nimic despre viteza de reacție. De exemplu, reacția dintre benzină și oxigen în atmosferă la temperatura camerei va fi extrem de lentă, în ciuda unui $ \ Delta G $ mare și negativ. Acest lucru se datorează faptului că această reacție are o mare energie de activare, $ E_A $.
Așteptați. Când doi reactanți se ciocnesc, aceștia interacționează pentru a forma o structură extrem de instabilă numită stare de tranziție. Starea de tranziție este bogată în energie și NU este favorabilă din punct de vedere energetic, astfel starea de tranziție se prăbușește rapid din nou și devine fie reactanți, fie produse. Puteți vedea acest lucru în imaginea următoare.
În funcție de energia cinetică a reactanților, acestea ar putea să nu ajungă partea de sus a curbei, caz în care vor reveni la reactivi. Dar dacă se ciocnesc suficient de repede și sunt poziționate corespunzător unul față de celălalt, se atinge vârful curbei și se vor forma produsele. Energia necesară pentru a forma starea de tranziție este energia de activare.
Cu benzină și oxigen, energia de activare este ridicată. Deci, chiar dacă o cantitate extraordinară de energie este eliberată în timpul reacției, are nevoie de o scânteie pentru a-și depăși energia de activare. De aici încolo, căldura generată din reacție furnizează energia de activare.
Dacă această reacție nu a fost spontană, am putea fi în măsură să forțăm reacția de-a lungul, dar reacția nu va continua de la sine.
După cum știți, nu toate reacțiile se finalizează. Acest lucru se datorează faptului că energia liberă Gibbs este dependentă de concentrațiile de reactanți și produse, astfel încât pe măsură ce produsele se acumulează și reactanții sunt utilizați, $ \ Delta G $ devine mai aproape de 0, ajungând în cele din urmă la echilibru, unde $ \ Delta G = 0 $. Vizualizați acest scenariu în imaginea de mai sus. Dacă nu există nicio diferență în energia liberă Gibbs, reactanții vor ajunge în continuare la starea de tranziție și se vor transforma în produse. Dar energia necesară pentru ca produsele să ajungă la starea de tranziție și să devină reactanți este echivalentă și, prin urmare, rata reacției directe este egală cu rata reacției inverse.
Diferența dintre reacțiile care vor atinge un echilibrul și cele care rulează până la finalizare este magnitudinea $ \ Delta G $ în condiții standard (denotată $ \ Delta G ° $). Aceasta este o măsură a cât de favorabilă energetic este reacția „inerent”. Dacă $ \ Delta G ° $ este mare și negativ, reacția va rula până la finalizare. Dacă este mai mică, reacția va stabili un echilibru la un moment dat.
Acest lucru este valabil cel puțin în general pentru reacții, unde toate speciile rămân în aceeași fază, cred. Dacă vă imaginați o reacție în cazul în care unul dintre produse este un gaz, care scapă de soluția reactanților, atunci produsele nu vor putea să se transforme în reactanți.
Răspuns
Cuvântul „spontan” are semnificații diferite în viața de zi cu zi și acest lucru este inutil. Prefer să mă gândesc la o reacție spontană ca una care „este permisă să apară”, fără nici o previziune a vitezei cu care apare reacția. reacția nu este permisă să apară – adică este non-spontană, nu poate să apară indiferent de tactica cinetică (catalizator, concentrație mai mare de reactant) pe care o încercăm, cu excepția faptului că, dacă încălzim sistemul, reacția ar putea fi permisă să apară la temperatura deoarece delta G. se schimbă.
Preferința mea ar fi să nu folosesc deloc cuvântul „spontan” pentru reacții chimice, dar t o definiți o reacție care este permisă ca una cu o constantă de echilibru mare. Legătura dintre schimbarea energiei libere și K înseamnă că un K mare înseamnă un delta negativ mare G. Motivul acestei abordări este că constantele de echilibru (K) sunt dovezi experimentale directe ale reacției – un K mare înseamnă că reacția a mers practic la completare.