17 Exemplo de Reação Espontânea: Explicações Detalhadas

Uma reação que tem um desejo natural de ocorrer por si mesma sob um determinado conjunto de condições (uma vez que tenha sido imitada, se necessário) e se move de um estado de não equilíbrio para um estado de equilíbrio é chamada de reação espontânea.

• A reação do zinco com sulfato de cobre
• Adição de sódio metálico em água
• Derretimento de gelo
• Vaporização de água
• Divisão de um átomo radioativo
• A reação de hidróxido de bário octahidratado com cloreto de amônio seco
• A reação de combustão do carvão
• A reação do vinagre com bicarbonato de sódio
• Formação de ferrugem
• Conversão de diamante para grafite
• Expansão do gás para a região de baixa pressão
• Condução de calor para o objeto mais frio
• Neutralização de ácido forte por uma base forte
• Difusão de soluto de solução concentrada para solução diluída
• Cloreto de cobalto (II) com cloreto de tionila
• Vinagre com ácido
• Formação de dióxido de carbono
• A reação de ácido acético e etanol

A reação do zinco com sulfato de cobre

O zinco, que é mais reativo que o cobre, sofre uma reação espontânea reação exotérmica em que o cobre é substituído por zinco e forma sulfato de zinco.

Zn + CuSO₄ –> ZnSO₄ + Cu

De acordo com a reatividade, o zinco da série é mais reativo que o cobre, então quando o zinco é adicionado à solução de sulfato de cobre, o cobre é substituído por zinco e forma ZnSo₄. A solução de cor azul torna-se incolor.

A energia e espontaneidade de Gibbs

If ∆G (um potencial termodinâmico usado para calcular o trabalho máximo realizado por um sistema fechado) é negativo, então a reação será espontânea

É porque a reação prossegue na direção em que o trabalho útil é realizado pelo sistema, causando uma diminuição na energia de Gibbs.

A variação de energia de Gibbs para um processo é dada pela equação

                                            ∆G = ∆H – T ∆S

É óbvio que a espontaneidade de um processo depende de ∆H, ∆S e T deste processo

Alguns pontos a serem anotados;

1) Se ∆H for negativo e ∆S for positivo, então ∆G será negativo e a reação seria definitivamente espontânea

2) Se ambos ∆H e ∆S forem negativos então ∆G seria negativo e o processo seria espontâneo apenas em temperaturas suficientemente baixas tais que ∆H > T ∆S numericamente

3) Se ambos ∆H e ∆S forem positivos, a coisa seria negativa e o processo seria espontâneo apenas em temperaturas suficientemente altas para que ∆H < T ∆S numericamente

4) Se ∆H for positivo e ∆S for negativo, então ∆G será positivo e a reação será definitivamente não espontânea em todas as temperaturas

O valor de ∆G para a reação acima é de cerca de -212 a 298 K, o que é negativo e, portanto, é uma reação espontânea.

Adição de sódio metálico em água

O sódio metálico quando adicionado à água reage espontaneamente com a água sofrendo reação exotérmica e produz grande quantidade de calor.

O sódio pertence aos elementos do grupo 1 na tabela periódica e tem 1 elétron de valência, então eles estão prontos para perder esse elétron para ganhar a configuração eletrônica de gás nobre que é altamente estável.

Então, quando o sódio é adicionado à água, eles reagem prontamente e dão NaOH e H₂ gás com grande quantidade de calor.

2Na(s) + 2H₂O -> 2NaOH (Aq) + H₂ (gás)

Derretimento de gelo

A fusão do gelo em água é um processo espontâneo no qual o gelo absorve o calor do ambiente e derrete, passando por uma reação espontânea endotérmica.

De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o aumento da entropia de uma reação permanece constante para reações reversíveis, enquanto aumenta para uma reação irreversível (reação espontânea)

O derretimento do gelo também é um processo espontâneo exemplo de reação.

H₂O (gelo) -> H₂O (Líquido)

A tendência do gelo de derreter para o estado líquido é porque a desordem em um líquido é maior do que em um sólido e, portanto, a entropia do líquido será maior em comparação com o gelo, portanto, sofre reação espontânea.

Vaporização de água

A vaporização da água para gás aumenta a aleatoriedade porque e, portanto, entropia e torna a reação espontânea.

H₂O (líquido) -> H₂O (gás)

A vaporização da água para gelo é uma reação endotérmica espontânea em que a água absorve calor do ambiente e devido a este aumento de temperatura irá vaporizar a água para gás aumentando a desordem nas moléculas de um gás e também a entropia.

Divisão de um átomo radioativo

A fissão espontânea é um exemplo de reação espontânea em que um núcleo instável se divide em fragmentos com liberação de grande quantidade de energia.

A fissão espontânea é um tipo de decaimento radioativo no qual uma isótopo com núcleos instáveis ​​se divide e converte em mais estável núcleos emitindo radiação. A taxa de decaimento dos núcleos varia para diferentes isótopos. É um bom exemplo de reação espontânea.

cf²⁵² –> X¹⁴⁰ +ru¹⁰⁸ + 4n + energia

Reação de hidróxido de bário octahidratado com cloreto de amônio seco

A reação do hidróxido de bário octahidratado com cloreto de amônio seco é uma reação espontânea com valor ∆G negativo.

Ba (OH)₂ .8H₂O(S) + 2NH₄Cl(S) -> 2BaCl₂.2H₂O (aq) + 8H₂O(eu) + 2NH₃(g)

∆H = 63.5 KJ/mol

T=298K

∆S = 0.368J/K mol

 ∆G =∆H -T ∆S

      = 63.5 -298 (368) = -46.1 KJ

A energia de Gibbs é negativa, tornando a reação espontânea.

A Reação de combustão do carvão

A reação de combustão do carvão é um exemplo de reação espontânea e é e é a razão para incêndios de carvão em ambientes não controlados.

Carvão + O₂ –> CO + CO₂ +H₂O + Calor

O carvão tem a tendência de se auto-aquecer devido à auto oxidação de seus compostos, tornando a combustão espontânea a causa mais comum de queima descontrolada. Há muitos incêndios de carvão ocorrendo em todo o mundo que queimam há milhares de anos

A Reação do vinagre com bicarbonato de sódio

Reação do bicarbonato de sódio (NaHCO₃) com vinagre (CH₃COOH) é uma reação exotérmica espontânea com entalpia de formação do produto é menor do que a entalpia do reagente

NaHCO₃ +CH₃COOH -> CO₂ + H₂O +CH₃COONa

Formação de ferrugem

A formação de ferrugem é uma reação exotérmica espontânea na qual a oxidação do ferro ao oxigênio ocorre na presença de umidade.

Quando um ferro ou sua liga é exposto ao oxigênio na presença de umidade sofre uma reação redox entre o oxigênio e o ferro.

Por exemplo; Corrosão do ferro. Nesta reação uma camada vermelha de óxido de ferro é formada

Reação

Fe(s) + 2H⁺ +1/2O₂ –>Fe²⁺ + H₂O

O valor de ∆G para a reação acima é negativo e, portanto, é uma reação espontânea

Conversão de diamante para grafite

A conversão de diamante em grafite é um processo espontâneo, pois a grafite é mais estável alótropo de carbono do que diamante

A reação espontânea mostra a tendência de adquirir um estado de energia mínima

O diamante é alótropo estável a pressão muito alta e em condições normais a energia cinética das partículas de diamante é lenta para ser praticamente inexistente.

Mas eles são termodinamicamente instáveis, então eles se convertem em grafite mais estável, com baixa energia em comparação com o diamante, mas devido à baixa energia cinética, a reação é muito lenta

O processo não requer uma reação química com um fator externo aplicado.

Expansão do gás para a região de baixa pressão

Um gás se expande espontaneamente em uma região de baixa pressão. O processo inverso nunca ocorre por si só.

A expansão do gás para a região de baixa pressão é um bom exemplo de reação espontânea O fluxo de gás da região de alta para a de baixa pressão é um processo natural e continua a se expandir até que um estado de pressão uniforme seja alcançado.

Condução de calor para o objeto mais frio

O calor é conduzido espontaneamente ao longo de um objeto da extremidade mais quente para a mais fria até que a temperatura seja uniforme ao longo do objeto.

Se uma barra de metal estiver quente em uma extremidade e fria na outra, o calor é conduzido da extremidade mais quente para a extremidade mais fria e o fluxo de calor na direção reversa não ocorrerá. Portanto, um objeto frio em contato com um objeto quente nunca fica mais frio, fica mais quente.

A energia térmica funciona com base neste princípio e converte calor ou energia térmica em energia mecânica.

Neutralização de ácido forte por base forte

Quando um ácido forte é neutralizado por uma base forte, sua entalpia de neutralização sempre permanece constante e não depende de qual ácido ou base é usado.

A entalpia do valor de neutralização será sempre -57.32KJ/mol. A neutralização de ácido forte por base forte é um exemplo de reação espontânea

Considere a neutralização do NaOH (base forte) pelo HCl (ácido forte). Eles são completamente ionizados no estado de solução e, portanto, a entropia da reação será alta.

H⁺Cl^- + Na⁺OH^- –> Na⁺Cl^- +H₂O

O ∆G O valor da reação acima é negativo e, portanto, é uma reação espontânea.

Difusão de soluto de solução concentrada para solução diluída

A difusão espontânea de um soluto de uma solução mais concentrada para uma solução menos concentrada em contato com ele e continua até que um estado de concentração uniforme seja alcançado.

Quando uma solução concentrada de soluto é colocada em contato com uma solução diluída dele, há uma difusão líquida do soluto da primeira para a segunda e não na outra direção.

Cloreto de cobalto (II) com cloreto de tionila

Reação de cloreto de cobalto (II) com cloreto de tionil é um exemplo de reação espontânea como a entropia de a reação é muito alta.

COCl₂.6H₂O(S) + 6SOCl₂(l) -> COCl₂(s) + 12HCl(g) + 6SO₂(g)

No produto formaram-se 12 mols de gás HCl e 6 mols de SO₂ gás é formado e por causa da entropia, que é uma medida de desordem, aumentará e tornará a reação viável, ou seja, espontânea.

Vinagre com ácido

A reação do vinagre com o ácido é uma reação espontânea, pois o valor de ∆G para ele é negativo.

NaHCO₃(S) + HCL(aq) -> NaCl(aq) + H₂O(l) + CO₂

os produtos formados estão no estado líquido e gasoso, então a desordem será mais comparada ao reagente e, portanto, a entropia também aumentará, tornando a energia de Gibbs negativa.

Formação de dióxido de carbono

A formação de dióxido de carbono a partir de monóxido de carbono e oxigênio é uma reação exotérmica espontânea em condições padrão.

CO(g) + 1/2O₂(g) -> CO₂(g)

O ∆S = ∆S _Produto  - ∆S _reagente

              =213.65- [197.65 + ½ (205.0)]

-86.55J/K mol

∆G = ∆H – T ∆S

       = 282800 J/mol – 298 k (-86.5 J/K mol)

       =-257023J/mol

∆G é negativo

A Reação de ácido acético com etanol

A reação do ácido acético com um etanol é uma reação espontânea, mas sua entalpia de reação é zero.

O ácido acético e o etanol se combinam e liberam a molécula de água formando acetato de etila.

Conclusão -

A partir dos exemplos acima, podemos concluir que a reação espontânea é um processo natural e não pode ser revertido por si só e uma reação pode ser espontânea apenas quando a entropia é maior que a entalpia da reação e ∆G deve ser negativo.