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吉布斯自由能正的光化学反应是如何自发的?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-09-25 09:43:03

定义了某些条件下的热力学数据,如标准自由能变化,即标准温度和压力(298k, 1atm)。当正反应和逆反应的唯一能量来源是热或外部压力时,它们是有效的。高能光子的加入为反应提供了另一种途径。它不会改变热力学平衡。通过几个具体的例子,这一点就变得更加清晰了。

例如,考虑氯气在STP分解成氯原子:Cl2⇄Cl+Cl。

键的离解能是巨大的,ΔHo=+242kJ,很可能是ΔGo的一个很好的近似值(我没有找到)。

这个反应的平衡基本上是不可逆的从右到左因为Cl原子中非键电子的能量远远高于Cl2中成键电子的能量。为了使反应继续进行,Cl2分子必须从碰撞中获得能量,而在298k时,Cl2分子无法提供足够的能量。

光化学为该反应提供了一条高能量的替代途径:Cl2+hν→Cl+Cl。

光化学路径和热路径之间的关键区别是:(1)与298k的碰撞产生的热能相比,紫外光光子的能量是巨大的;(2)用特定频率的光照射样品,可以选择性地瞄准稳定的产物分子Cl2,不像加热,它提高了所有反应物和产物以及任何溶剂的内能。

借助于能量图来表示这两条路径可能会有所帮助。

吉布斯自由能正的光化学反应是如何自发的

黑色的路径表示热力学平衡,红色的路径表示紫外光产生的交替路径。它不影响热力学平衡。事实上,由光反应形成的氯原子彼此快速自发地反应,通过黑色路线重新形成双原子氯。在紫外光照射下,相对高浓度的氯原子可能会保持稳定状态,但如果光线关闭,热力学平衡会重新建立。

你的问题经常在葡萄糖光合作用的背景下被问到,这似乎是葡萄糖燃烧的相反,因此是吸热的。和吸能。光合作用通常是这样写的:nhν+6H2O+6CO2→6C6H12O6+6O2。

光合作用途径并非相反,而是一种高能量的替代方式:

吉布斯自由能正的光化学反应是如何自发的

这对反应与氯解离的例子有一个重要的不同:光化学反应的产物,在这种情况下葡萄糖,被动力学捕获。与氯原子的重组不同,葡萄糖在室温下的氧化是如此缓慢,以至于无法测量。它的氧化需要催化剂,以酶的形式。细胞可以控制这些酶的活性,如果植物愿意,大多数葡萄糖可以通过合成途径,如淀粉的合成。

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因为葡萄糖在动力学上是稳定的,你可以关灯而不会因自燃而失去任何葡萄糖。净效应似乎是热力学平衡的逆转,但事实并非如此。
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