رد الفعل EXERGONIC: الخصائص والأمثلة - كيمياء - 2026

و رد فعل مطلق للطاقة هو الذي يحدث بشكل عفوي ويترافق عادة من قبل الافراج عن الطاقة، إما في شكل حرارة والضوء أو الصوت. عندما يتم إطلاق الحرارة ، يقال إننا نواجه تفاعلًا طاردًا للحرارة وطاردًا للطاقة.

هذا هو السبب في الخلط بين المصطلحين "طارد للحرارة" و "طارد للحرارة" ، حيث يتم التعامل معها عن طريق الخطأ كمرادفات. هذا لأن العديد من التفاعلات الطاردة للحرارة هي أيضًا طاردة للطاقة. لذلك ، إذا لوحظ إطلاق كبير للحرارة والضوء ، مثل ذلك الناتج عن إشعال حريق ، فيمكن افتراض أنه يتكون من تفاعل طارد للطاقة.

يعد احتراق الخشب مثالاً على تفاعل طارد للحرارة وفي نفس الوقت تفاعل طارد للطاقة. المصدر: Pixnio.

ومع ذلك ، فإن الطاقة المنبعثة قد تمر دون أن يلاحظها أحد وقد لا تكون مفاجئة. على سبيل المثال ، يمكن أن يسخن الوسط السائل قليلاً ويظل نتيجة لتفاعل طاقة. في بعض التفاعلات المفرطة الطاقة التي تستمر ببطء شديد ، لا تُلاحظ حتى أصغر زيادة في درجة الحرارة.

النقطة المركزية والمميزة لهذا النوع من التفاعلات الديناميكية الحرارية هي انخفاض طاقة جيبس ​​الحرة في المنتجات فيما يتعلق بالمواد المتفاعلة ، والتي تُترجم إلى عفوية.

خصائص التفاعلات المفرطة

الرسم البياني العام

مخطط الطاقة لتفاعل طارد للطاقة. المصدر: غابرييل بوليفار.

السمة الرئيسية للتفاعل المفرط هي أن المنتجات تحتوي على طاقات خالية من Gibss أقل من تلك الموجودة في المواد المتفاعلة أو المتفاعلة (الصورة العلوية). عادة ما ترتبط هذه الحقيقة بالمنتجات الأكثر استقرارًا كيميائيًا ، مع روابط أقوى ، أو هياكل أكثر ديناميكية أو ظروف أكثر "مريحة".

لذلك ، فرق الطاقة هذا ، ΔG ، سلبي (ΔG <0). كونها سلبية ، يجب أن يكون رد الفعل من الناحية النظرية عفويًا. ومع ذلك ، هناك عوامل أخرى تحدد هذه العفوية أيضًا ، مثل طاقة التنشيط (ارتفاع التل) ، ودرجة الحرارة ، والتغيرات في المحتوى الحراري والإنتروبيا.

كل هذه المتغيرات ، التي تستجيب لطبيعة الظاهرة أو التفاعل الكيميائي المدروس ، تجعل من الممكن تحديد ما إذا كان التفاعل سيكون طاردًا للطاقة أم لا. وسيتبين أيضًا أنه ليس بالضرورة أن يكون رد فعل طارد للحرارة.

عندما تكون طاقة التنشيط عالية جدًا ، تتطلب المواد المتفاعلة مساعدة محفز لخفض حاجز الطاقة المذكور. هذا هو السبب في وجود تفاعلات مفرطة الطاقة تحدث بسرعات منخفضة جدًا ، أو لا تحدث على الإطلاق في المقام الأول.

انخفاض في الطاقة الحرة للنظام

يشمل التعبير الرياضي التالي ما سبق ذكره:

ΔG = ΔH - TΔS

يكون المصطلح positiveH موجبًا إذا كان رد فعل ماص للحرارة ، وسلبيًا إذا كان طاردًا للحرارة. إذا أردنا أن تكون ΔG سالبة ، يجب أن يكون مصطلح TΔS كبيرًا جدًا وإيجابيًا ، بحيث تكون نتيجة العملية سلبية أيضًا عند الطرح من ΔH.

لذلك ، وهذه سمة خاصة أخرى للتفاعلات الخارجية: فهي تنطوي على تغيير كبير في إنتروبيا النظام.

وبالتالي ، مع الأخذ في الاعتبار جميع المصطلحات ، يمكن أن نكون حاضرين قبل تفاعل ماص للحرارة ولكن في نفس الوقت ماص للحرارة ؛ أي مع ΔH موجب ، أو درجة حرارة عالية جدًا ، أو تغير كبير في الانتروبيا.

معظم التفاعلات الطاردة للحرارة هي أيضًا طاردة للحرارة ، لأنه إذا كانت ΔH سالبة ، وبطرح مصطلح آخر أكثر سلبية ، سيكون لدينا بالتالي ΔG بقيمة سالبة ؛ ما لم تكن TΔS سالبة (تقل الانتروبيا) ، وبالتالي فإن التفاعل الطارد للحرارة سيصبح ماصًا للطاقة (وليس تلقائيًا).

من المهم تسليط الضوء على أن عفوية التفاعل (سواء كان طاردًا للطاقة أم لا) ، تعتمد بشكل كبير على الظروف الديناميكية الحرارية ؛ بينما السرعة التي يمر بها ترجع إلى عوامل حركية.

عفوية رد فعل مفرط

مما قيل ، من المعروف بالفعل أن التفاعل الطارد للطاقة يكون تلقائيًا ، سواء كان طاردًا للحرارة أم لا. على سبيل المثال ، يمكن إذابة مركب في الماء عن طريق تبريده مع الحاوية الخاصة به. عملية الذوبان هذه ماصة للحرارة ، ولكن عندما تحدث بشكل عفوي ، يُقال إنها طاردة للطاقة.

تفاعل طارد للحرارة

هناك ردود فعل "أكثر قوة" من غيرها. لمعرفة ذلك ، احتفظ بالتعبير التالي في متناول اليد مرة أخرى:

ΔG = ΔH - TΔS

أكثر التفاعلات المقاومة للطاقة هي تلك التي تحدث تلقائيًا في جميع درجات الحرارة. أي بغض النظر عن قيمة T في التعبير أعلاه ، ΔH سالبة و S موجبة (ΔH <0 و S> 0). ولذلك فهي ردود فعل طاردة للحرارة للغاية ، والتي لا تتعارض مع الفكرة الأولية.

وبالمثل ، قد تكون هناك تفاعلات طاردة للحرارة حيث تنخفض إنتروبيا النظام (ΔS <0) ؛ تمامًا كما يحدث في تخليق الجزيئات الكبيرة أو البوليمرات. في هذه الحالة ، تكون تفاعلات مفرطة الطاقة فقط عند درجات حرارة منخفضة ، وإلا فإن مصطلح TΔS سيكون كبيرًا جدًا وسلبيًا.

تفاعل إمتصاص الحرارة

من ناحية أخرى ، هناك ردود فعل عفوية فقط في درجات الحرارة العالية: عندما تكون ΔH موجبة و S موجبة (ΔH> 0 و S> 0). نحن نتحدث عن تفاعلات ماصة للحرارة. هذا هو السبب في أن الانخفاض في درجة الحرارة يمكن أن يحدث تلقائيًا ، لأنها تحمل معها زيادة في الانتروبيا.

في هذه الأثناء ، هناك ردود أفعال ليست مفرطة الطاقة على الإطلاق: عندما يكون ΔH و S لهما قيم موجبة. في هذه الحالة ، بغض النظر عن درجة الحرارة ، لن يحدث التفاعل تلقائيًا أبدًا. نحن نتحدث عن تفاعل مائي غير تلقائي.

أمثلة على التفاعلات المفرطة

تتميز الكيمياء عادة بأنها متفجرة ومشرقة ، لذلك يُفترض أن معظم التفاعلات طاردة للحرارة ومُنفذة للطاقة.

الإحتراق

التفاعلات المفرطة هي احتراق الألكانات ، الأوليفينات ، الهيدروكربونات العطرية ، السكريات ، إلخ.

أكسدة المعادن

وبالمثل ، فإن أكسدة المعادن تكون مفرطة الطاقة ، على الرغم من أنها تحدث بشكل أبطأ.

تفاعلات تقويضية للجسم

ومع ذلك ، هناك عمليات أخرى أكثر دقة ، وهي أيضًا طاردة للطاقة ومهمة جدًا: التفاعلات التقويضية لعملية التمثيل الغذائي لدينا. هنا تتحلل الجزيئات الكبيرة التي تعمل كمستودعات للطاقة ، وتطلق نفسها في شكل حرارة و ATP ، وبفضل ذلك يؤدي الجسم العديد من وظائفه.

أكثر هذه التفاعلات رمزية هو التنفس الخلوي ، على عكس التمثيل الضوئي ، حيث يتم "حرق" الكربوهيدرات بالأكسجين لتحويلها إلى جزيئات صغيرة (CO ₂ و H ₂ O) وطاقة.

الآخرين

من بين التفاعلات الخارجية الأخرى لدينا التحلل المتفجر لثلاثي يوديد النيتروجين ، NI ₃ ؛ إضافة الفلزات القلوية إلى الماء ، يليها انفجار ؛ توليف البوليمر من راتنجات الإيثوكسيل ؛ معادلات حمض القاعدة في محلول مائي ؛ وتفاعلات الإنارة الكيميائية.

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
2. والتر جيه مور. (1963). الكيمياء الفيزيائية. في الحركية الكيميائية. الطبعة الرابعة ، Longmans.
3. ايرا ن.ليفين. (2009). مبادئ الكيمياء الفيزيائية. الطبعة السادسة ، ص 479-540. ماك جراو هيل.
4. ويكيبيديا. (2020). رد فعل مفرط. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
5. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (16 سبتمبر 2019). اندرجونيك مقابل التفاعلات والعمليات الخارجية. تم الاسترجاع من: thinkco.com
6. التفاعل الخارجي: التعريف والمثال. (2015 ، 18 سبتمبر). تم الاسترجاع من: study.com
7. أكاديمية خان. (2018). طاقة حرة. تم الاسترجاع من: es.khanacademy.org