主要区别——自发与非自发反应

自发和非自发反应是环境中可能发生的两种化学反应。在给定的一组条件下，自发反应会自行发生。然而，应该为非自发反应的进行提供能量。吉布斯自由能的变化对于自发反应是负面的。因此，这些反应以热的形式向周围环境释放能量。在非自发反应中，吉布斯自由能的变化是正的。它们从环境中吸收能量。因此，自发反应是放能反应，而非自发反应是吸能反应。这 主要区别 自发反应和非自发反应的区别在于 自发反应释放系统的自由能，使其更稳定，而非自发反应增加系统的总能量.

涵盖的关键领域

1. 什么是自发反应 – 定义、热力学、示例 2. 什么是非自发性反应 – 定义、热力学、示例 3. 自发和非自发反应有什么相似之处 – 共同特征概要 4. 自发和非自发反应有什么区别 – 主要差异的比较

关键词：吸能反应、熵、放能反应、吉布斯自由能、非自发反应、自发反应

什么是自发反应

自发反应是指不受外力驱动而发生的化学反应。化学反应的两个驱动力是焓和熵。焓是系统的热力学性质，它是添加到压力和系统体积的乘积上的内能之和。熵是另一个热力学属性，它解释了系统每单位温度的热能。它描述了分子的随机性和无序性。当化学反应的发生使体系的焓降低而熵增加时，被认为是有利的反应。由于自发反应满足上述两个条件，它们在没有内部干预的情况下发生。

图 1：木材燃烧

燃烧是自发反应的一个例子。火灾的产物部分由两种气体组成：二氧化碳和水蒸气。燃烧产生热量。因此，它是一种放能反应。热量增加了系统的熵。但是，燃烧产物的熵具有减少的熵。

什么是非自发性反应

非自发反应是指需要能量输入才能进行的化学反应。在非自发反应中，焓和熵都偏向于反应物。因此，反应物比产物更稳定。因此，化学反应是吸热的，吸收热量。它也减少了熵。非自发反应中吉布斯自由能随时间的变化如图 2 所示。

图 2：吉布斯自由能/时间的变化

大气中的氮和氧之间的反应是非自发反应的一个例子。它形成一氧化氮。在常压常温下，该反应是不利的。这意味着化学反应的反应物，即氮气和氧气，比产物：一氧化氮更稳定。但是，在非常高的温度下，例如闪电时，这种反应是有利的。

自发和非自发反应之间的相似之处

自发和非自发反应的区别

定义

自发反应： 自发反应是指不受外力驱动而发生的化学反应。

非自发反应： 非自发反应是指需要能量输入才能进行的化学反应。

有利/不利

自发反应： 自发反应是有利的。

非自发反应： 非自发反应是不利的。

能量输入

自发反应： 自发反应不需要能量输入即可在一组条件下进行。

非自发反应： 非自发反应需要能量输入才能进行。

吉布斯自由能的变化

自发反应： 自发反应中吉布斯自由能的变化为负值（ΔG° < 0）。

非自发反应： 非自发反应中吉布斯自由能的变化是正的（ΔG°> 0）。

系统总能量

自发反应： 自发反应释放系统的自由能，使其更加稳定。

非自发反应： 非自发反应增加了系统的总能量。

产品总能量

自发反应： 自发反应产物的总能量小于反应物的总能量。

非自发反应： 非自发反应产物的总能量高于反应物的总能量。

焓

自发反应： 自发反应具有负焓。

非自发反应： 非自发反应具有正焓。

Exergonic/Endergonic 反应

自发反应： 自发反应是放能反应。

非自发反应： 非自发反应是能量反应。

熵

自发反应： 自发反应增加熵。

非自发反应： 非自发反应会降低熵。

反应速度

自发反应： 自发反应迅速发生。

非自发反应： 非自发反应发生的速度较慢。

例子

自发反应： 燃烧反应是自发的。

非自发反应： 大气中的氮和氧之间的反应是非自发反应的一个例子。

结论

自发和非自发反应是发生在环境中的两种化学反应。自发反应是exergonic。因此，它们会降低系统的焓并增加系统的熵。然而，非自发反应是能量传递的。它们增加了系统的焓，因为它们需要外部能量输入才能进行。它们还减少了熵。因此，在给定的一组化学反应下，自发反应是有利的。但是，非自发的反应是不利的。自发和非自发反应之间的主要区别在于每种反应的热力学性质。

参考：

1. “热力学定律”。热力学定律 |无限化学，可在此处获得。 2. “11.5：自发反应和自由能。”化学 LibreTexts，Libretexts，2017 年 11 月 1 日，可在此处获取。 3.“吸能反应”。维基百科，维基媒体基金会，2017 年 12 月 16 日，可在此处获取。

图片提供：

1. Fir0002 的“大型篝火” – 最初由作者 (CC BY-SA 3.0) 通过 Commons Wikimedia2 上传到英文维基百科。 Provenzano15 的“Endergonic Reaction” – 通过 Commons Wikimedia 自己的作品（CC BY-SA 3.0）