La propiedad se llama energía libre. Una reacción ocurre cuando la energía libre de los componentes puede disminuir.
Una reacción es un reordenamiento de átomos y electrones que minimiza la energía libre de ese sistema.
Esto no es solo “energía” y no es gratis, es una cantidad calculada que involucra energía y entropía. Más formalmente puedes llamarlo Gibbs Free Energy; Los ingenieros a menudo usan la cantidad molar parcial que llaman “potencial químico”, que es un nombre excelente para capturar el espíritu.
Si prepara elementos puros de materia, como los que se encuentran en la tabla periódica, en sí mismos no son reactivos, pero esta aparente estabilidad es solo relativa. No hay posibilidad de reordenamiento . Pero son altamente reactivos en combinación, es decir, entre elementos, debido a los aumentos tanto de posibilidad como de liberación de energía .
Es posible que no se dé cuenta de que es posible organizar las cosas de manera que aumente la energía real almacenada en un sistema, por lo que incluso puede succionar el calor del sistema y congelarse espontáneamente . Entonces, cuando escuchas a la gente decir o escribir, ese cambio siempre va en la dirección del aumento del desorden, están equivocados. El estado congelado es claramente más ordenado. También es más frío y ha perdido energía térmica sin ponerlo en la nevera. Disolver el nitrato de amonio en agua hace exactamente esto. Puedes buscarlo en google …
Una reacción que absorbe calor se denomina “endotérmica” y, si se genera calor, se denomina “exotérmica”. Hay dos conductores independientes que pueden trabajar juntos o competir, son Energía y Entropía .
Se pueden escribir en una sola ecuación de estado, aquí hay un químico que usa mucho:
G = H – TS
Hay dos términos en esta ecuación, el primero es una medida de energía interna llamada entalpía (H), el segundo es una contribución de entropía.
La H en esta ecuación es en realidad E + PV, donde E es la energía interna que la mayoría de las personas asocia con la energía química. Son las fuerzas de unión que se han aplicado dentro de la sustancia. El término PV (volumen de presión de trabajo) es mucho más pequeño en magnitud, por lo que podemos ignorarlo para nuestros propósitos.
El término TS es significativo. T significa temperatura. S significa entropía. (No tengo idea de por qué estas cartas son tan inútiles, sin googlear la historia).
También significa que el término de entropía se vuelve dominante a temperaturas suficientemente altas. Para un químico, la entropía no es simplemente una cosa física abstracta y vaga relacionada con los motores térmicos, es una propiedad muy real y calculable. Hay tablas que proporcionan la entropía de sustancias químicas que puede consultar y leer los valores reales. Es una propiedad química distinta de las sustancias reales.
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Una reacción es un reordenamiento de átomos y electrones que minimiza la energía libre de ese sistema.
Una explosión es un caso donde ambos factores trabajan juntos. La energía se libera de los reactivos y los reactivos aumentan en la entropía. Sorprendentemente, aunque la explosión NO es causada principalmente por la liberación de energía. La mayoría de los explosivos contienen nitrógeno y por reordenamiento que puede formar gas nitrógeno, que es una simple molécula de N ~ N en grandes cantidades. Las muchas formas de movimiento disponibles para el estado del gas y las muchas unidades de movimiento formadas se ven favorecidas en gran medida porque representan más formas en que la energía puede distribuirse dentro del conjunto de átomos. Este es el concepto de entropía termodinámica, no la cantidad de energía, sino un conteo de los estados equivalentes disponibles para distribuir la energía.
En cierto modo, es como si la energía no solo fuera dejada en la cárcel, sino que también le gusta ser muy sociable. Nunca subestime la sociabilidad de la energía, esta es la idea básica de la entropía termodinámica, y es la energía y la entropía las que causan el cambio.
¡A veces, la entropía o la “sociabilidad de la energía” pueden dominar incluso en la medida en que el sistema podría congelarse espontáneamente! como anteriormente. El nitrato de amonio tiene una gran cantidad de “agua altamente estructurada” en los cristales, con baja entropía. Cuando se vuelve menos estructurado , proporciona más oportunidades para redistribuir la energía térmica dentro de la forma menos estructurada de agua, y la energía promedio por molécula de agua ha disminuido.
También debe tener un poco de cuidado, ya que el espacio en sí es un sistema para introducir posibilidades, por lo que si permite físicamente que un gas diga, el acceso a más espacio ocupará el espacio. Este cambio de volumen es un efecto de entropía , por lo que es un efecto de Energía Libre, y no podrás volver a poner al Genio en su botella. Esto es lo que impulsa la expansión de los gases, pero si lo piensas, este mismo efecto también puede ayudar a impulsar la creación de gases.
Un sistema se instalará en su nuevo estado de Energía Libre y permanecerá allí para siempre hasta que lo abramos para convertirnos en parte de un sistema más grande . La ampliación de una definición puede ser física, como introducir algo a través de un límite, o conceptual, simplemente considerando una escala más grande. Las cosas más no reactivas que nos rodean, como el agua, ya han minimizado la energía gratuita. En algún momento los cambios favorables no ocurren por ciertas razones. Normalmente, la fitrewood, por ejemplo, no “arde espontáneamente”.
Hasta ahora hemos estado hablando de la energía. Hay una rama del estudio químico llamada cinética . También resulta que muchas reordenaciones a menudo son prevenidas por una pequeña barrera . Esta “energía de activación” es como tomar un préstamo bancario para el depósito en una casa, se debe invertir un pequeño déficit antes de que sea posible obtener una gran ganancia. Golpear un fósforo genera calor que permite que la cabeza del fósforo se derrita, los átomos se muevan y, por lo tanto, el fuego se propague. Un catalizador químico también es un facilitador al juntar dos partes (moléculas) y reducir la energía de activación para que se produzca una reorganización particular.
También podríamos inyectar alguna ventaja de entropía para iniciar una reacción. Mezclar, triturar, disolver son todas técnicas para mejorar la velocidad de una reacción, y también pueden afectar la energía libre porque estas técnicas tienen energías libres medibles en sí mismas. Los mismos principios se aplican a los cambios químicos y físicos.