一个放能反应是一种自发地发生,并通常伴随着能量的释放,无论是在热,光或声音的形式。放热时,据说我们正面临着放热和能量的反应。
这就是为什么术语“放热的”和“运动的”混淆,被错误地视为同义词的原因。这是因为许多放热反应也是能放热的。因此,如果观察到大量的热和光释放,例如由着火引起的热和光释放,则可以认为它是由激能反应组成的。
木材的燃烧是放热反应的一个例子。资料来源:Pixnio。
但是,释放的能量可能不会引起注意,也可能不会令人惊讶。例如,液体介质可能会稍微变热,并且仍然是剧烈运动反应的结果。在一些进行得很慢的能动反应中,甚至没有观察到最小的温度升高。
这类热力学反应的中心和特征点是产物中吉布斯自由能相对于反应物的减少,这转化为自发性。
运动反应的特征
总图
能量反应的能量图。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
激能反应的主要特征是产物的吉布斯自由能比反应物或反应物的吉布斯自由能低(上图)。这个事实通常与产品在化学上更稳定,结合力更强,结构更动态或条件更“舒适”有关。
因此,该能量差ΔG为负(ΔG<0)。如果为负,则理论上该反应应是自发的。但是,其他因素也定义了这种自发性,例如活化能(山的高度),温度以及焓和熵的变化。
所有这些变量都可以响应所考虑的现象或化学反应的性质,从而可以确定反应是否会产生能量。而且还将看到,它不一定是放热反应。
当活化能非常高时,反应物需要催化剂的帮助来降低所述能垒。这就是为什么有些运动反应发生在非常低的速度,或者根本没有发生的原因。
减少系统的自由能
以下数学表达式包含上述内容:
ΔG=ΔH-TΔS
如果是吸热反应,则ΔH项为正,如果是放热反应,则为负。如果我们希望ΔG为负,则TΔS项必须非常大且为正,以便从ΔH中减去时,运算结果也为负。
因此,这是能动反应的另一个特殊特征:它们涉及系统熵的大变化。
因此,考虑到所有条件,我们可以在发生强能反应之前出现,但同时会发生吸热。也就是说,ΔH为正值时,温度会很高,或者熵变会很大。
大多数的运动反应也是放热的,因为如果ΔH为负,并减去另一个更负的项,那么我们将得到一个ΔG为负值;除非TΔS为负(熵降低),否则放热反应将变为负电(非自发)。
重要的是要强调,反应的自发性(无论是否是能激性的)在很大程度上取决于热力学条件。而它通过的速度是由于动力学因素造成的。
运动反应的自发性
从已经说过的情况来看,已经知道,无论是放热还是放热的反应都是自发的。例如,可以通过将化合物及其容器一起冷却将其溶于水中。该溶解过程是吸热的,但是当它自发发生时,就被认为是运动性的。
放热反应
有比其他人更多的“运动性”反应。为了找出答案,请再次使用以下表达式:
ΔG=ΔH-TΔS
最剧烈的反应是在所有温度下自然发生的反应。即,与上式中的T的值无关,ΔH为负,ΔS为正(ΔH<0,ΔS> 0)。因此,它们是非常放热的反应,与最初的想法并不矛盾。
同样,可能会发生放热反应,系统的熵降低(ΔS<0);就像在合成大分子或聚合物时一样。在这种情况下,它们仅在低温下才是能电反应,因为否则TΔS项将非常大且为负。
吸热反应
另一方面,只有在高温下才有自发反应:当ΔH为正且ΔS为正(ΔH> 0且ΔS> 0)时。我们正在谈论吸热反应。这就是为什么温度会自然降低的原因,因为它们伴随着熵的增加。
同时,有些反应完全没有激发力:当ΔH和ΔS为正值时。在这种情况下,无论温度如何,反应都不会自发发生。我们正在谈论的是非自发性性反应。
运动反应的例子
化学通常以爆炸性和明亮性为特征,因此可以认为大多数反应是放热的和强能的。
燃烧
用能反应是烷烃,烯烃,芳烃,糖等的燃烧。
金属氧化
同样,金属的氧化作用很强,尽管它们的发生速度较慢。
身体的分解代谢反应
但是,还有其他一些更细微的过程,它们也很容易发挥作用并且非常重要:我们新陈代谢的分解代谢反应。在这里,大分子分解并充当能量储存器,以热量和ATP的形式释放自身,并因此而使人体发挥许多功能。
这些反应中最具代表性的是细胞呼吸,而不是光合作用,在光合作用中,碳水化合物被氧气“燃烧”以将其转化为小分子(CO 2和H 2 O)和能量。
其他
除其他能外反应外,我们还爆炸分解了三碘化氮NI 3。向水中添加碱金属,然后爆炸;乙氧基化树脂的聚合物合成;水溶液中的酸碱中和;和化学发光反应。
参考文献
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