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) → SO2(g) ha una variazione di energia libera minore di zero: ΔG° = – 300.1 kJ

Pertanto la reazione
Cu2S(s) + O(g) → 2 Cu(s) + SO2(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:
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(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) + O2(g) → CO2(g)  per la quale ΔG° = – 394.36 kJ/mol

Sommando ora questa reazione a quella della decomposizione del carbonato di calcio si ottiene:
CaCO3(s) + C(s) + O2(g) → CaO(s) +2 CO2(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.

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