Chemische Reaktionen treten aufgrund der Umlagerung von Molekülen zweier oder mehrerer Substanzen (Reaktanten) auf, um neu gebildete Substanzen, sogenannte Produkte, zu bilden. Die Umlagerung dieser Moleküle führt zum Aufbrechen oder zur Bildung von Bindungen, was zu Veränderungen der aufgenommenen oder abgegebenen Wärme führt. Basierend auf der freigesetzten Energie können chemische Reaktionen als exotherm, endotherm, exergonisch oder endogen klassifiziert werden.
Exotherm vs Exergonisch
Der Unterschied zwischen einer exothermen Reaktion und einer exergonischen Reaktion besteht darin, dass sich die exotherme Reaktion mit der Enthalpieänderung in jedem chemischen Prozess befasst, der in Form von Wärme in einem geschlossenen System gemessen wird, während sich exergonische Reaktionen mit der freien Energieänderung einer chemischen Reaktion namens Gibbs-Freie Energie befassen. Beide lösen Reaktionen aus; Die Energieart ist jedoch unterschiedlich.
In der Thermodynamik ist eine exotherme Reaktion eine energiefreisetzende Reaktion. Bei einer exothermen Reaktion wird Energie in Form von Wärme frei. Es wird Wärme freigesetzt, da die Enthalpie (innere Energie bei gegebenem Druck und Volumen oder einfach die Gesamtwärme eines Systems) der Reaktanten mehr ist als die Produkte, die die Energie in Form von Wärme für die chemische Stabilität freisetzt.
In der Thermodynamik ist eine exergonische Reaktion auch eine energiefreisetzende Reaktion. Bei einer exergonischen Reaktion wird Energie in Form der freien Gibbs-Energie freigesetzt. Somit wird die freigesetzte Energie auch als Entropieänderung gemessen (Energie, die nicht für die Arbeit zur Verfügung steht). Somit hilft die freigesetzte Energie, etwas Arbeit zu erledigen und gibt der Reaktion Stabilität.
Vergleichstabelle zwischen exotherm und exergonisch
| Vergleichsparameter | Exotherm | Exergonisch |
| Bedeutung | Es ist eine wärmefreisetzende Reaktion. | Es ist eine energiefreisetzende Reaktion. |
| Energieform | Die freigesetzte Energieform wird erhitzt. | Die freigesetzte Energieform wird als Gibbssche freie Energie oder Entropieänderung gemessen. |
| Auswirkung auf die Umgebung | Durch die Erwärmung wird die Energie der Umgebung erhöht. | Es hat nichts mit der Erwärmung der Umgebung zu tun. Bis Energie zur Verrichtung von Arbeit zur Verfügung steht, ist die Reaktion machbar. |
| Energie der Reaktanten | Es ist höher als Produkte. | Es ist auch höher als bei Produkten. |
| Energie der Produkte | Es ist niedriger als die Reaktanten. | Sie ist auch niedriger als die der Reaktanten. |
| Gesamte Energieveränderung | Insgesamt kommt es bei der Reaktion zu einer Energiefreisetzung. Alle exothermen Reaktionen sind natürlicherweise exergon, da Energie freigesetzt wird. | Dabei wird Energie freigesetzt, aber die Reaktion läuft nur so lange weiter, bis mit der freien Energie Arbeit verrichtet ist. |
| Gibbs Freie Energie | ∆G ist negativ (Energie wird freigesetzt). | ∆G ist ebenfalls negativ. Normalerweise haben exotherme Reaktionen ein größeres ∆G. |
| Arbeit erledigt | Arbeit wird nicht gemacht. | Arbeit wird in Form von Entropieänderung verrichtet. |
| Beispiel | Verbrennung fossiler Brennstoffe, Anzünden einer Kerze usw. | Atmung bei Pflanzen und Tieren. (Meist bioenergetische Reaktionen) |
Was ist exotherm?
Eine exotherme Reaktion ist eine energiefreisetzende Reaktion, bei der zwei oder mehr Reaktanten ihre Moleküle neu anordnen, chemische Bindungen bilden und aufbrechen und dabei Energie (Enthalpieänderung ∆H ist auch negativ) an ihre Umgebung in Form von Wärme oder sogar Licht abgeben. Dies wird in Joule (der Einheit der Wärme) gemessen. Dies impliziert, dass die Reaktanten eine höhere Energie als die Produkte haben und die Reaktion thermodynamisch stabil halten. Energie muss in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben werden.
Die so freigesetzte Energie verringert die Gibbs-Energie des Systems (∆G ist negativ), aber die Energie wird durch die Reaktion freigesetzt und an die Umgebung abgegeben. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Umgebung erwärmt wird. Die Klassifikation von Reaktionen nach exothermen und endothermen Reaktionen misst nur die freigesetzte oder für eine Reaktion benötigte Wärme. Bei exothermen Reaktionen wird zu Beginn der Reaktion keine Energie benötigt. Die Reaktanten haben die Energie, um selbst zu reagieren.
Das beste Beispiel für eine exotherme Reaktion ist die Verbrennung eines beliebigen Materials. Wenn irgendein Material, sagen wir Holz, verbrannt wird. Holz reagiert mit Sauerstoff in der umgebenden Luft zu Kohlendioxid und Wasserdampf, die wir als Rauch betrachten. Feuer ist in Form von Energie, die von den Reaktionspartnern (Holz und Sauerstoff) an die Produkte abgegeben wird. Das Feuer versorgt uns mit Wärme und Licht. Diese chemische Energie wird erfolgreich in mechanische Energie umgewandelt.
Was ist exergonisch?
Ein Exergon ist eine energiefreisetzende Reaktion, bei der zwei oder mehr Reaktanten ihre Moleküle neu anordnen, chemische Bindungen bilden und aufbrechen und Energie in Form von Energie an ihre Umgebung abgeben, die verwendet wird, um Arbeit zu erledigen. Es wird auch in Joule gemessen, da die geleistete Arbeit auch der Energiemenge entspricht, die für die Arbeit aufgewendet wird.
Die so freigesetzte Energie verringert die freie Gibbs-Energie des Systems (∆G ist negativ), aber die freigesetzte Energie wird verwendet, um spontan etwas Arbeit zu verrichten (d. h. es gibt auch eine Entropieänderung). ∆H bleibt negativ. Es wird keinerlei externe Energie benötigt, um die Reaktion zu starten.
Das beste Beispiel für exergonische Reaktionen sind bioenergetische Reaktionen wie Zellatmung, Katabolismus, Stoffwechsel von Nahrungssubstanzen und dergleichen. Im Durchschnitt wird bei der Zellatmung Glukose mit Hilfe von Sauerstoff in Wasser und Kohlendioxid zerlegt. Dadurch wird Energie freigesetzt, die zur Bildung von ATP-Molekülen verwendet wird, die die Körperfunktionen antreiben. Es handelt sich also um einen spontanen Energie-freisetzenden Prozess.
Hauptunterschiede zwischen exotherm und exergonisch
Fazit
Obwohl sowohl exotherme als auch exergonische Reaktionen ihrer Änderung der freien Gibbs-Energie und Enthalpie ähnlich sind (∆G und ∆H sind beide negativ) und beide genug Energie haben, um ihre Aktivierungsenergiebarriere zu überwinden, gibt es einen kleinen Unterschied in der Energie, die sie freisetzen.
Während erstere redundante Energie freisetzt, nutzt letztere die freigesetzte Energie optimal und setzt sich nur fort, wenn die Arbeit verrichtet ist, während exotherme Reaktionen so lange andauern, bis die Reaktanten vollständig in Produkte umgewandelt sind. Die Reaktion und ihre Endprodukte müssen sorgfältig beobachtet werden, um den Unterschied zwischen den beiden Reaktionstypen zu verstehen.
