Reazioni accoppiate: esempi, spontaneità, energia libera

Le reazioni si dicono accoppiate quando il prodotto di una reazione costituisce il reagente della successiva:
A→ B
B→ C
Le reazioni accoppiate sono tipiche della biochimica

Spontaneità

Se la variazione di energia libera della prima reazione è maggiore di zero (ΔG₁> 0) mentre la variazione di energia libera della seconda è minore di zero (ΔG₂< 0) e maggiore, in valore assoluto, rispetto a quella della prima reazione ovvero ǀ ΔG₂ǀ > ΔG₁ si ha che ΔG₂ + ΔG₁< 0 e pertanto la reazione complessiva A→ C avviene spontaneamente.

Consideriamo ad esempio la reazione di decomposizione del solfuro di rame (I):

Cu₂S_(s) → 2 Cu_(s) + S_(s) ha una variazione di energia libera maggiore di zero: ΔG° = + 86.2 kJ quindi non avviene spontaneamente.

Tuttavia la reazione tra lo zolfo e l’ossigeno:
S_(s) + O_(g) → SO_2(g) ha una variazione di energia libera minore di zero: ΔG° = – 300.1 kJ

Pertanto la reazione
Cu₂S_(s) + O_(g) → 2 Cu_(s) + SO_2(g)

ha una variazione di energia libera, secondo la legge di Hess, pari a – 300.1+86.2 = – 213.9 kJ, avviene spontaneamente e costituisce uno dei processi industriali per ottenere il rame.

Un’altra reazione non spontanea è la decomposizione del carbonato di calcio:
CaCO_3(s) → CaO_(s) + CO_2(g)

Per la quale ΔG° = + 130.40 kJ/mol e la reazione non è spontanea a temperatura ambiente ma avviene solo ad elevate temperature.

Consideriamo ora la reazione:
C_(s) + O_2(g) → CO_2(g)  per la quale ΔG° = – 394.36 kJ/mol

Sommando ora questa reazione a quella della decomposizione del carbonato di calcio si ottiene:
CaCO_3(s) + C_(s) + O_2(g) → CaO_(s) +2 CO_2(g)

La variazione di energia libera di questa reazione è pari a ΔG° = – 394.36 kJ/mol + + 130.40 kJ/mol = – 263.96 kJ/mol e pertanto il carbonato di calcio si decompone spontaneamente a temperatura ambiente in presenza di carbonio e ossigeno.