REAKSI EKSERGONIK: KARAKTERISTIK DAN CONTOH - KIMIA - 2024

Sebuah reaksi eksergonik adalah salah satu yang terjadi secara spontan dan umumnya disertai dengan pelepasan energi, baik dalam bentuk panas, cahaya atau suara. Ketika panas dilepaskan, dikatakan bahwa kita menghadapi reaksi eksotermik dan eksergonik.

Itulah sebabnya istilah 'eksotermik' dan 'eksergonik' membingungkan, sehingga salah diperlakukan sebagai sinonim. Ini karena banyak reaksi eksotermik juga bersifat eksergonik. Oleh karena itu, jika pelepasan panas dan cahaya yang besar diamati, seperti yang disebabkan oleh penyalaan api, dapat diasumsikan bahwa itu terdiri dari reaksi eksergonik.

Pembakaran kayu adalah contoh reaksi eksotermik dan sekaligus reaksi eksergonik. Sumber: Pixnio.

Namun, energi yang dilepaskan mungkin tidak diperhatikan dan mungkin tidak terlalu mengejutkan. Misalnya, media cair dapat sedikit memanas dan masih merupakan hasil reaksi eksergonik. Dalam beberapa reaksi eksergonik yang berlangsung terlalu lambat, peningkatan suhu sekecil apa pun tidak teramati.

Titik pusat dan karakteristik dari jenis reaksi termodinamika ini adalah penurunan energi bebas Gibbs dalam produk sehubungan dengan reaktan, yang diterjemahkan menjadi spontanitas.

Karakteristik reaksi eksergonik

Diagram umum

Diagram energi untuk reaksi eksergonik. Sumber: Gabriel Bolívar.

Karakteristik utama dari reaksi eksergonik adalah bahwa produk memiliki energi bebas Gibss yang lebih rendah daripada reaktan atau reaktan (gambar atas). Fakta ini biasanya dikaitkan dengan produk yang secara kimiawi lebih stabil, dengan ikatan yang lebih kuat, struktur yang lebih dinamis, atau kondisi yang lebih "nyaman".

Oleh karena itu, perbedaan energi ini, ΔG, adalah negatif (ΔG <0). Menjadi negatif, reaksinya secara teori harus spontan. Namun, faktor lain juga menentukan spontanitas ini, seperti energi aktivasi (ketinggian bukit), suhu, dan perubahan entalpi dan entropi.

Semua variabel ini, yang menanggapi sifat fenomena atau reaksi kimia yang dipertimbangkan, memungkinkan untuk menentukan apakah suatu reaksi akan eksergonik atau tidak. Dan juga akan terlihat bahwa ini tidak harus merupakan reaksi eksotermik.

Ketika energi aktivasi sangat tinggi, reaktan membutuhkan bantuan katalis untuk menurunkan penghalang energi tersebut. Itulah sebabnya ada reaksi eksergonik yang terjadi pada kecepatan yang sangat rendah, atau yang tidak terjadi sama sekali.

Penurunan energi bebas sistem

Ekspresi matematika berikut mencakup yang disebutkan di atas:

ΔG = ΔH - TΔS

Suku ΔH bernilai positif jika merupakan reaksi endotermik, dan negatif jika reaksi eksotermik. Jika kita ingin ΔG menjadi negatif, suku TΔS harus sangat besar dan positif, sehingga saat mengurangkan ΔH hasil operasi juga negatif.

Oleh karena itu, dan ini adalah fitur khusus lain dari reaksi eksergonik: reaksi ini melibatkan perubahan besar dalam entropi sistem.

Jadi, dengan mempertimbangkan semua suku, kita dapat hadir sebelum reaksi eksergonik tetapi pada saat yang sama endotermik; yaitu, dengan ΔH positif, suhu yang sangat tinggi, atau perubahan entropi yang besar.

Kebanyakan reaksi eksergonik juga eksotermik, karena jika ΔH negatif, dan dengan mengurangkan suku lain yang lebih negatif, akibatnya kita akan memiliki ΔG dengan nilai negatif; kecuali TΔS negatif (entropi berkurang), dan oleh karena itu reaksi eksotermik akan menjadi endergonik (tidak spontan).

Penting untuk digarisbawahi bahwa spontanitas suatu reaksi (apakah itu eksergonik atau tidak), sangat bergantung pada kondisi termodinamika; sedangkan kecepatan yang dilewatinya disebabkan oleh faktor kinetik.

Spontanitas reaksi eksergonik

Dari apa yang telah dikatakan telah diketahui bahwa suatu reaksi eksergonik adalah spontan, baik eksotermik maupun tidak. Misalnya, suatu senyawa dapat dilarutkan dalam air dengan cara mendinginkannya bersama wadahnya. Proses pelarutan ini bersifat endotermik, tetapi bila terjadi secara spontan, disebut eksergonik.

Reaksi eksotermik

Ada reaksi "lebih eksergonik" dari yang lain. Untuk mengetahuinya, pertahankan ekspresi berikut berguna lagi:

ΔG = ΔH - TΔS

Reaksi yang paling eksergonik adalah yang terjadi secara spontan pada semua temperatur. Artinya, terlepas dari nilai T pada ekspresi di atas, ΔH negatif dan ΔS positif (ΔH <0 dan ΔS> 0). Oleh karena itu, reaksi tersebut sangat eksotermis, yang tidak bertentangan dengan gagasan awal.

Demikian juga, mungkin ada reaksi eksotermik di mana entropi sistem menurun (ΔS <0); seperti yang terjadi dalam sintesis makromolekul atau polimer. Dalam hal ini, mereka adalah reaksi eksergonik hanya pada suhu rendah, karena jika tidak, istilah TΔS akan sangat besar dan negatif.

Reaksi endotermik

Di sisi lain, ada reaksi yang hanya terjadi secara spontan pada suhu tinggi: ketika ΔH positif dan ΔS positif (ΔH> 0 dan ΔS> 0). Kita berbicara tentang reaksi endotermik. Itulah mengapa penurunan suhu dapat terjadi secara spontan, karena penurunan suhu membawa serta peningkatan entropi.

Sementara itu, ada reaksi yang sama sekali tidak eksergonik: bila ΔH dan ΔS bernilai positif. Dalam hal ini, berapapun suhunya, reaksi tidak akan pernah terjadi secara spontan. Kita berbicara tentang reaksi endergonik non-spontan.

Contoh reaksi eksergonik

Kimia biasanya bercirikan eksplosif dan terang, sehingga diasumsikan bahwa sebagian besar reaksi bersifat eksotermik dan eksergonik.

Pembakaran

Reaksi eksergonik adalah pembakaran alkana, olefin, hidrokarbon aromatik, gula, dll.

Oksidasi logam

Demikian pula, oksidasi logam bersifat eksergonik, meskipun berlangsung lebih lambat.

Reaksi katabolik tubuh

Namun, ada proses lain, yang lebih halus, yang juga eksergonik dan sangat penting: reaksi katabolik metabolisme kita. Di sini makromolekul rusak yang bertindak sebagai reservoir energi, melepaskan diri dalam bentuk panas dan ATP, dan berkat itu tubuh melakukan banyak fungsinya.

Reaksi yang paling menonjol dari reaksi ini adalah respirasi sel, bukan fotosintesis, di mana karbohidrat "dibakar" dengan oksigen untuk mengubahnya menjadi molekul kecil (CO ₂ dan H ₂ O) dan energi.

Lainnya

Di antara reaksi eksergonik lainnya kita memiliki dekomposisi eksplosif dari nitrogen triiodida, NI ₃ ; penambahan logam alkali ke air, diikuti dengan ledakan; sintesis polimer dari resin etoksilasi; netralisasi asam basa dalam larutan air; dan reaksi kemo-luminescent.

Referensi

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
2. Walter J. Moore. (1963). Kimia Fisik. Dalam kinetika Kimia. Edisi keempat, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Prinsip fisikaokimia. Edisi keenam, hlm 479-540. Mc Graw Hill.
4. Wikipedia. (2020). Reaksi eksergonik. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (16 September 2019). Reaksi dan Proses Endergonic vs Exergonic. Diperoleh dari: thinkco.com
6. Reaksi Eksergonik: Definisi & Contoh. (2015, 18 September). Diperoleh dari: study.com
7. Khan Academy. (2018). Energi bebas. Diperoleh dari: es.khanacademy.org