Tekst źródłowy strony PCzEB/Elementy termodynamiki i kinetyki reakcji chemicznych

<!---{{poprzedni|CHEM:Atomy_i_cząsteczki}}-->
==Energia Gibbsa==

Reakcje chemiczne mogą zachodzić samorzutnie, bądź wymagać
dostarczenia energii z zewnątrz. Miarą efektu energetycznego reakcji
(i tym samym „samorzutności” jej zachodzenia) jest '''standardowa entalpia swobodna tworzenia''' (energia Gibbsa), zdefiniowana jako:
<center>
<math>
\Delta G^o = \Delta H^o -T \Delta S^o
</math>
</center>
W powyższym równaniu można wyróżnić człon entalpowy <math>\Delta
H</math> oraz człon entropowy <math>T \Delta S</math>.

Równanie odnosi się dla warunków standardowych (stąd górne indeksy
„<math>^o</math>”).

Człon entalpowy odpowiada różnicy energii wiązań zrywanych oraz nowo
tworzonych podczas reakcji chemicznej. Jeśli łączna energia wiązań
zrywanych jest większa niż łączna energia wiązań tworzonych w czasie
reakcji, to człon entalpowy przyjmuje ujemne wartości.

Entropia jest wielkością stanowiącą miarę nieuporządkowania
układu. Bardzo często czynniki entropowe mają niewielki wpływ na
energię Gibbsa ze względu na małe wartości &mdash; wtedy <math>\Delta G^o
\approx \Delta H^o</math>. Należy jednak pamiętać, iż czynnik
entropowy rośnie wraz ze wzrostem temperatury i ma duże, często
decydujące znaczenie dla samorzutności reakcji zachodzących w wysokiej
temperaturze. Samo <math>\Delta S</math> może mieć duże znaczenie, gdy
towarzyszy jej zmiana stanu skupienia (faz) reagentów. Jeśli substraty
są np. cieczami, a produkty są gazowe, wzrost entropii będzie znaczny
(uporządkowanie cieczy jest znacznie większe niż uporządkowanie gazu i
mniejsze niż krystalicznych ciał stałych). Ponadto entropia rośnie,
jeśli w reakcji np. jednego mola substratu, powstaje więcej moli
produktów (nieuporządkowanie większej ilości „elementów” &mdash; cząsteczek
&mdash; jest oczywiście większe.

===Reakcje spalania===

(najważniejsze niewątpliwie z punktu widzenia gospodarczego i cywilizacyjnego jest spalanie węglowodorów oraz węgla) '''mają z reguły silnie ujemne wartości entalpii swobodnej i towarzyszy im wydzielanie dużych ilości energii'''. 
Dzieje się tak, ponieważ wiązania w cząsteczkach wody i dwutlenku węgla (produktów całkowitego spalania) są bardzo silne, a także zawierają pierwiastki na
najwyższych stopniach utlenienia.

==Kinetyka a termodynamika==

Choć niektóre reakcje chemiczne mają silnie ujemną entalpię swobodną
tworzenia (powinny reagować samorzutnie), to jednak procesów tych nie
obserwuje się ze względu na znikomą szybkość reakcji. Na przykład
mieszaninę 1 mola gazowego tlenu oraz 2 moli gazowego wodoru można
przechowywać zamkniętą przez lata, pomimo iż spalanie wodoru w tlenie
(z utworzeniem wody) jest procesem samorzutnym (<math>\Delta G^o <
0</math>). Zainicjowanie reakcji (np. iskrą) natychmiast wywoła
eksplozję (przekroczona zostanie bariera energetyczna aktywacji).

Analogicznie, w warunkach normalnych grafit jest termodynamicznie
stabilniejszy od diamentu, w praktyce jednak nie obserwuje się rozpadu
diamentu, nawet w wysokich temperaturach. W temperaturze, w której
grafit się już pali (niższa energia aktywacji), diament nie ulega
nadal żadnym przemianom. Jeśli jednak przekroczymy barierę aktywacji i
uda się spalić diament, to efekt energetyczny takiego spalania będzie
większy niż ze spalania grafitu &mdash; dokładnie o różnicę entalpii
swobodnej tworzenia grafitu z diamentu! Dzieje się tak, ponieważ
produkty całkowitego spalania diamentu i grafitu są takie same.

Katalizatory reakcji (m.in. enzymy) '''obniżają energię aktywacji,
jednak nie mają wpływu na równowagę reakcji, oraz jej łączny efekt
energetyczny'''.  

<!---
{{następny|CHEM:Przegląd_właściwości_najważniejszych_grup_związków_organicznych_I}}
-->