Endergônica, exergônica, exotérmica e endotérmica

RKA9MB - Neste quadro aqui, nós temos algumas palavras que se relacionam com as diferentes reações, e se elas absorvem ou liberam energia. A primeira palavra aqui é exotérmica. Exotérmica tem, como raiz da palavra, "term" que se refere à temperatura (calor) e "exo" de liberar. E uma maneira de pensar sobre isso é que, em pressões constantes, a alteração na entalpia pode ser vista como a quantidade de calor que é absorvido ou liberado. Então, aqui na reação exotérmica, o ΔH (delta H) é menor do que zero. Há uma variação negativa na entalpia, o que significa que você está liberando calor. Então, nós podemos ver a entalpia como o conteúdo de calor que fica menor após a reação do que antes de ela ter acontecido. Então, sob pressão constante, a entalpia será menor do que zero. Então, ela libera calor. Então, todos esses termos aqui dizem a mesma coisa: que essa reação será uma reação que libera calor. E isso é bem verdade se você está trabalhando com pressão constante, como, por exemplo, algo em um béquer, em um sistema aberto, ou em vários sistemas biológicos. Agora, seguindo essa mesma lógica, o que significa endotérmico? "Term" a gente já sabe [que é] de temperatura e "endo" de absorver. Então, aqui é uma reação que absorve calor. Sob pressão constante, a entalpia nessa reação será maior do que zero. Agora, vamos olhar para esses dois termos aqui: exergônico e endergônico. Exergônico tem uma raiz "ergon". E você pode não estar familiarizado com esse termo, mas você já pode ter ouvido a palavra ergonômico. Dizer que algo é ergonômico é dizer que ele é agradável, que ele é bom para realizar um trabalho, como uma mesa ergonômica é uma mesa que é boa para o trabalho. "Ergon", de fato, vem do grego "trabalho". E, assim, exergônica é uma reação que libera energia de trabalho (ou, pelo menos, é o que a palavra implica). Na reação endergônica, a mesma lógica acontece aqui. "Ergon" de trabalho e "endo" [de] interno. Então, essa daqui é uma reação que usa a energia de trabalho. Agora, uma das variáveis que nós podemos usar para pensar sobre isso é a energia livre de Gibbs. E a fórmula para a energia livre de Gibbs é essa que está representada aqui. Se nós estamos pensando em um sistema com temperatura e pressão constantes, a variação na entalpia menos a temperatura multiplicada pela variação na entropia resulta na energia livre de Gibbs. Se isso aqui parece estranho para você, eu te incentivo a assistir ao vídeo sobre energia livre de Gibbs, porque nós já falamos sobre isso. Então, eu tenho a minha reação que está absorvendo ou liberando o calor, e subtraio a entropia (que é a desordem do sistema, que é a energia que está indo para a desordem do sistema). E o que sobra é a energia que eu posso usar no trabalho. Essa é uma maneira de pensar sobre isso: relacionando energia de trabalho com a mudança de entalpia. Então, na reação exergônica, que libera energia de trabalho, nós poderíamos dizer que há menos energia de trabalho livre após a reação do que antes. Então, seu ΔG (delta G) será menor do que zero. E essas reações que liberam energia, nós já vimos no vídeo sobre energia livre de Gibbs que será uma reação espontânea. Então, é uma reação espontânea. E nessa reação aqui que absorve a energia do trabalho? Os sistemas terão mais energia de trabalho depois da reação do que antes, portanto, o seu ΔG será maior do que zero. E as reações que têm ΔG maior do que zero são reações não espontâneas. Agora que nós temos as definições aqui, nós podemos relacionar a esses quatro tipos de reações e ver como elas fazem sentido. Vamos olhar para essa primeira reação aqui. Essa primeira reação é exotérmica. O nosso ΔH é menor do que zero. Isso significa que tem menos entalpia após a reação do que antes. Significa, também, que a reação lançou calor no sistema (aqui, sendo lançado). E de onde é que vem essa energia? Bom, quando se ligam nessas novas configurações, os elétrons são capazes de atingir estados de energia mais baixos e liberar essa energia. Se você está pensando em uma escala microscópica, algo que está aumentando a sua temperatura, pelo menos localmente, significa que há transferência de energia cinética nessas moléculas. Então, dizemos microscopicamente sobre energias cinéticas e energias potenciais. O que acontece aqui é que, ao assumir essas novas configurações, esses elétrons vão liberar energia que pode ser transferida para moléculas individuais. Então, aqui, há liberação de energia, e também há um aumento na entropia. Temos mais entropia depois da reação do que antes de ela acontecer. Temos mais estados que os elétrons poderiam assumir aqui. Eles poderiam se mover mais rápido. E, se aplicarmos a fórmula da energia livre de Gibbs aqui, nós temos um ΔH menor do que zero, o ΔS (delta S) maior do que zero, a temperatura é a temperatura absoluta em Kelvin (por isso ela sempre vai ser positiva). Assim, todo o termo daqui da equação será positivo. Com isso, o nosso ΔG será menor do que zero. E essa reação é espontânea. O que faz sentido! Se há liberação de energia, os elétrons assumem mais estados e haverá uma maior desordem no sistema. Uma outra maneira de pensar sobre isso é pensar na reação ao contrário. Será necessário um pouco de energia para que os elétrons assumam um estado de energia mais elevado e formem ligações. O que parece menos provável de acontecer do que eles se separarem. Agora, vamos pensar em algo que absorve calor. Isso aqui vai ser um pouco contraintuitivo, em um sistema que absorve calor, mas que, ainda assim, será uma reação espontânea. Essa reação será exergônica e endotérmica. O seu ΔH será maior do que zero. Então, ela absorve calor para acontecer. Nós temos aqui duas moléculas com essas constituições, e elas estão prestes a colidir. E, nesse sistema aqui, nós estamos dizendo que a temperatura é alta. Se ela fosse baixa, isso aqui não ia ser espontâneo. Mas, se a temperatura for suficientemente elevada, ele vai ser. Teremos uma energia cinética alta e as moléculas podem se chocar muito rápido e podem formar todos esses componentes aqui. Então, aqui, a entropia líquida aumentou. Mesmo que os elétrons assumam um estado de energia mais elevado para formar essas novas configurações, nós temos a absorção do calor no sistema, representada por essa letra "Q". Mas a gente está falando em um nível microscópico, que é a energia cinética dessas moléculas, por isso elas absorvem calor. Mas de onde é que vem essa energia? Bom, ela vem a partir da energia cinética das moléculas. Elas tinham essa energia cinética antes e as perderam ao se chocarem e tomarem suas novas configurações. Você pode estar falando: "eu ainda não estou entendendo isso aí!". Mais uma vez, pense em fazer essa reação ao contrário. Pense nesses componentes aqui juntos em um sistema em que seus elétrons poderiam assumir configurações de maneira que liberassem energia. Mas aqui a temperatura está alta. Então, isso aqui é um sistema muito caótico. Quando o sistema é caótico, é mais provável que ele vá na direção de maior entropia, e [é] por isso que ela acontece de forma espontânea, mesmo que absorva calor. Se você não está drenando o calor do sistema, a temperatura (pelo menos em torno das moléculas) tende a baixar, mas, como estamos assumindo uma temperatura constante, em um nível macro, a temperatura se dissipa e é absorvida para fora do sistema de alguma forma. Agora, vamos olhar para essa situação aqui. Essa reação é exotérmica, o seu ΔH é menor do que zero. Então, haverá menos entalpia depois da reação, porque ela libera calor. Mas ela não é uma reação espontânea porque ela está reduzindo a entropia aqui. E reduzir a entropia é muito importante quando a temperatura é alta. Um jeito de ver isso na equação é pensar que a entropia não importa quando a temperatura é baixa. Mas, quando a temperatura é alta, a entropia começa a assumir um papel importante. Os elétrons poderiam se configurar em um estado de energia mais baixo e liberar energia. Mas, como a temperatura é alta, eles estão zunindo ao passar uns pelos outros. E eles fazem isso tão rápido que eles não vão ter a chance de modificar a entropia. Se você pensar sobre isso ao contrário mais uma vez, é muito mais provável de essa reação acontecer nesse sentido. Se você tem um monte dessas moléculas correndo por aí, elas vão colidir umas com as outras bem rápido, e é como se elas arrancassem os componentes das outras moléculas. E eles podem absorver um pouco de energia cinética ao fazer isso. Por isso, ela é mais provável de acontecer da direita para a esquerda. Agora, com a reação acontecendo da esquerda para a direita, ela não é espontânea, porque a entropia realmente importa quando a temperatura é elevada. Então, aqui, o seu ΔG vai ser maior do que zero. Mesmo liberando energia aqui, o sistema vai estar tão caótico que não haverá chances de as reações acontecerem, e ele caminhará no sentido de maximizar a entropia. Então, ela não é espontânea. Então, essa daqui que é bastante intuitiva: algo que precisa de calor e tem uma redução na entropia, definitivamente, não vai acontecer de forma espontânea. Aqui, o ΔH é maior do que zero, o ΔS é menor do que zero. Mas, se você está subtraindo temperatura vezes a entropia, então tudo isso aqui vai ser maior do que zero. Então, esse ΔG aqui também será maior do que zero. Então, essa reação não é espontânea. Isso faz muito sentido! Se você tem essas duas moléculas aqui que precisam ser unidas, então elas precisam de calor. O calor excitará os elétrons a um estado de maior energia para chegar a esta daqui que poderíamos dizer ser uma ligação menos estável. E por que eles fariam isso? Essa reação parece muito mais provável de acontecer se pensarmos ao contrário. Se tiver várias dessas moléculas em um sistema, todas elas colidindo, elas assumiriam uma configuração mais estável. E há mais entropia quando elas se separam do que quando elas ficam ligadas. Assim, aqui, ΔG é maior do que zero, e essa reação é endergônica e endotérmica.