Τι κάνει την χημική αντίδραση αυθόρμητη;

Μια χημική αντίδραση θεωρείται αυθόρμητη Όταν εμφανίζεται χωρίς εξωτερική είσοδο ενέργειας. Αυτό δεν σημαίνει ότι συμβαίνει αμέσως ή με ένα κτύπημα, αλλά μάλλον ότι έχει μια τάση να προχωρήσει μόνη της. Ακολουθεί μια κατανομή του τι οδηγεί τον αυθορμισμό:

1. Gibbs Free Energy (ΔG):

* Ο σημαντικότερος παράγοντας που καθορίζει τον αυθορμητισμό είναι η αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια Gibbs (ΔG) της αντίδρασης.

* ΔG =ΔH - TΔS

* ΔH είναι η αλλαγή στην ενθαλπία (απορροφάται ή απελευθερώνεται θερμότητα).

* t είναι η θερμοκρασία στο Kelvin.

* ΔS είναι η αλλαγή στην εντροπία (μέτρο διαταραχής).

* Ένα αρνητικό ΔG υποδεικνύει μια αυθόρμητη αντίδραση. Το σύστημα απελευθερώνει ελεύθερη ενέργεια, καθιστώντας το πιο σταθερό.

* Ένα θετικό ΔG υποδεικνύει μια μη-νυχτερινή αντίδραση. Απαιτεί να προχωρήσει η εισροή ενέργειας.

* ΔG =0 υποδεικνύει μια αντίδραση σε ισορροπία.

2. Ενθαλπία (ΔH):

* εξωθερμικές αντιδράσεις (ΔH <0): Αυτές οι αντιδράσεις απελευθερώνουν θερμότητα και τείνουν να είναι πιο αυθόρμητες. Σκεφτείτε την καύση.

* ενδοθερμικές αντιδράσεις (ΔH> 0): Αυτές οι αντιδράσεις απορροφούν τη θερμότητα και είναι λιγότερο αυθόρμητες. Σκεφτείτε να λιώσει πάγο.

3. Εντροπία (ΔS):

* Αύξηση στην εντροπία (ΔS> 0): Αυτό ευνοεί τον αυθορμητισμό. Οι αντιδράσεις που παράγουν περισσότερη διαταραχή είναι πιο πιθανό να συμβούν. Σκεφτείτε τη διάλυση αλατιού στο νερό.

* Μείωση στην εντροπία (ΔS <0): Αυτό αποθαρρύνει τον αυθορμητισμό. Οι αντιδράσεις που γίνονται πιο διατεταγμένες είναι λιγότερο πιθανό να συμβούν. Σκεφτείτε το νερό κατάψυξης.

Βασικά σημεία:

* Ο αυθορμισμός δεν εγγυάται την ταχύτητα: Μια αυθόρμητη αντίδραση μπορεί να συμβεί αργά, ακόμη και σε εξαιρετικά μεγάλα χρονοδιαγράμματα.

* Οι συνθήκες έχουν σημασία: Η θερμοκρασία και η πίεση μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τον αυθορμητισμό. Μια αντίδραση που είναι αυθόρμητη σε μία θερμοκρασία μπορεί να είναι μη-άποψη σε άλλη.

* Ενέργεια ενεργοποίησης: Ακόμη και αυθόρμητες αντιδράσεις απαιτούν συχνά μια μικρή ποσότητα αρχικής ενέργειας (ενέργεια ενεργοποίησης) για να ξεκινήσετε.

Παράδειγμα:

Φανταστείτε μια μπάλα που κυλούσε κάτω από ένα λόφο. Η μπάλα θα μετακινηθεί αυθόρμητα κάτω από το λόφο επειδή πηγαίνει από μια υψηλότερη κατάσταση ενέργειας σε χαμηλότερη. Αυτό είναι ανάλογο με μια εξώθερμη αντίδραση με αρνητικό ΔG.

Συνοπτικά: Μια χημική αντίδραση είναι αυθόρμητη όταν έχει αρνητική αλλαγή ενέργειας Gibbs (ΔG). Αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση απελευθερώνει ενέργεια και γίνεται πιο σταθερή, ευνοείται από την εξώθερμη ενθαλπία αλλαγές και αυξάνεται στην εντροπία.