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Reaktionen werden durch die Änderung einer als "Gibbs-freie Energie" bezeichneten Menge als exergonisch oder endergonisch klassifiziert. Im Gegensatz zu endergonischen Reaktionen kann eine exergonische Reaktion spontan auftreten, ohne dass Eingaben erforderlich sind. Das bedeutet nicht, dass eine Reaktion notwendigerweise einfach deshalb auftreten wird, weil sie exergonisch ist - die Geschwindigkeit, mit der die Reaktion auftritt, kann so langsam sein, dass sie in einem von Ihnen gewünschten Zeitraum niemals auftritt.
Gibbs Freie Energie
Gibbs freie Energie wird nicht "freie Energie" genannt, weil es kein Preisschild gibt, sondern weil es misst, wie viel nichtmechanische Arbeit ein System leisten kann. Wenn die Reaktanten in einem Prozess eine höhere Gibbs-freie Energie als die Produkte haben, wird der Prozess als exergonisch bezeichnet, was bedeutet, dass Energie freigesetzt wird. Eine andere Möglichkeit, dies zu sagen, besteht darin, die Reaktion als thermodynamisch spontan zu beschreiben, was bedeutet, dass Sie keine Arbeit leisten müssen, um die Reaktion ablaufen zu lassen.
Exotherm gegen Exergonic
Viele, aber nicht alle exergonischen Reaktionen sind exotherm, was bedeutet, dass sie Wärme abgeben. Eine Reaktion kann jedoch tatsächlich exergonisch sein und dennoch Wärme absorbieren oder endothermisch sein. Exothermie und Exergie gehören also nicht unbedingt zusammen. Der Hauptunterschied zwischen ihnen liegt im Unterschied zwischen Arbeit und Wärme. Ein exergonischer Prozess setzt Energie durch Arbeit frei, während ein exothermer Prozess Energie durch Wärme freisetzt. Darüber hinaus kann ein Prozess bei einigen Temperaturen exergonisch sein, bei anderen jedoch nicht.
Entropie vs. Enthalpie
Chemiker des 19. Jahrhunderts fanden spontane endotherme Reaktionen ziemlich rätselhaft; Sie argumentierten, dass eine Reaktion spontan sein sollte, wenn sie Wärme freisetzt. Was ihnen fehlte, war die Rolle der Entropie, die ein Maß für die Energiemenge ist, die für die Arbeit in einem System nicht verfügbar ist. Wenn wir das System und seine Umgebung betrachten, ist ein Prozess exergonisch, wenn er eine Nettoerhöhung der Entropie verursacht. Wenn Wärme an die Umgebung abgegeben wird, nimmt die Entropie zu, aber eine solche Reaktion kann immer noch Wärme absorbieren und exergonisch sein, wenn die Entropie des Systems um einen noch größeren Betrag zunimmt.
Überlegungen
Verdampfung - der Prozess, bei dem aus einer Flüssigkeit ein Gas wird - ist mit einer sehr großen positiven Entropieänderung verbunden. Exergonische Reaktionen, die Wärme absorbieren, sind häufig Reaktionen, bei denen ein Gas als eines der Produkte freigesetzt wird. Mit zunehmender Temperatur werden diese Reaktionen exergonischer. Im Gegensatz dazu ist eine exotherme Reaktion, die Wärme freisetzt, bei niedrigeren Temperaturen exergonischer als bei höheren. Alle diese Überlegungen spielen eine Rolle bei der Bestimmung, ob eine Reaktion spontan sein wird.