ปฏิกิริยาคายความร้อน: กระบวนการประเภทและตัวอย่าง
ปฏิกิริยาคายความร้อน เป็น ปฏิกิริยาเคมี ชนิดหนึ่งที่เกิดการถ่ายเทพลังงานส่วนใหญ่อยู่ในรูปของการปล่อยความร้อนหรือแสง ชื่อนี้ได้มาจากคำนำหน้ากรีก นอก ซึ่งหมายถึง "สู่ภายนอก"; และคำว่า "ความร้อน" ซึ่งหมายถึงความร้อนหรืออุณหภูมิ
ในแง่นี้ปฏิกิริยาคายความร้อนสามารถถ่ายโอนพลังงานประเภทอื่น ๆ ไปยังสภาพแวดล้อมที่เกิดขึ้นเช่นการระเบิดและวิธีการถ่ายโอนพลังงานจลน์และโซนิคเมื่อสารที่อยู่ในเฟสก๊าซที่อุณหภูมิสูงขยายตัว วิธีรุนแรง
ในทำนองเดียวกันในกรณีที่ใช้แบตเตอรี่จะมีปฏิกิริยาคายความร้อนด้วยเช่นกันในกรณีนี้พลังงานไฟฟ้าจะถูกขนส่ง
กระบวนการ
ก่อนหน้านี้มีการกล่าวถึงว่าเมื่อเกิดปฏิกิริยาคายความร้อนเกิดการปลดปล่อยพลังงานซึ่งสามารถมองเห็นได้ง่ายขึ้นในสมการต่อไปนี้:
รีเอเจนต์→ผลิตภัณฑ์ + พลังงาน
ดังนั้นในการหาปริมาณพลังงานที่ดูดซับหรือปล่อยออกมาจากระบบจะใช้พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ที่เรียกว่าเอนทาลปี (แทนด้วย "H") หากในระบบ (ในกรณีนี้ปฏิกิริยาเคมี) มีการปลดปล่อยพลังงานไปสู่สภาพแวดล้อมดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปี (แสดงเป็น asH) จะมีค่าเป็นลบ
มิฉะนั้นหากความแปรผันของตัววัดนี้เป็นค่าบวกจะสะท้อนการดูดซับความร้อนจากสภาพแวดล้อม นอกจากนี้ขนาดของรูปแบบเอนทาลปีของระบบคือการแสดงออกของปริมาณพลังงานที่ถูกถ่ายโอนไปยังหรือจากสภาพแวดล้อม
ยิ่งมีขนาดใหญ่ขึ้น largerH มากเท่าไรก็ยิ่งปล่อยพลังงานจากระบบไปยังสื่อรอบข้างมากขึ้นเท่านั้น
เนื่องจากในปฏิกิริยาเหล่านี้พลังงานสุทธิที่ปล่อยออกมาเมื่อมีการสร้างลิงค์ใหม่มากกว่าพลังงานสุทธิที่ใช้ในการแยกส่วนของลิงก์
จากข้างต้นสามารถสรุปได้ว่าปฏิกิริยาประเภทนี้เป็นเรื่องธรรมดามากเนื่องจากผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยามีปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในพันธบัตรที่มากกว่าสิ่งที่มีอยู่ในสารตั้งต้นในตอนแรก
ชนิด
ปฏิกิริยาคายความร้อนมีหลายประเภทในสาขาเคมีต่าง ๆ ไม่ว่าจะในห้องปฏิบัติการหรือในอุตสาหกรรม บางชนิดเกิดขึ้นเองและอื่น ๆ ต้องการเงื่อนไขเฉพาะหรือสารบางชนิดเช่นตัวเร่งปฏิกิริยาที่จะสร้างขึ้น
ต่อไปนี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนที่สำคัญที่สุด:
ปฏิกิริยาการเผาไหม้
ปฏิกิริยาการเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาประเภทรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นเมื่อสารหนึ่งชนิดหรือมากกว่าทำปฏิกิริยากับออกซิเจนโดยทั่วไปจะส่งผลให้เกิดการปล่อยแสงและพลังงานความร้อน - นั่นคือแสงและความร้อน - เมื่อเกิดเปลวไฟ
ปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลาง
ปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางเป็นลักษณะการทำงานร่วมกันระหว่างชนิดของกรดและสารอัลคาไลน์ (ฐาน) เพื่อสร้างเกลือและน้ำซึ่งแสดงให้เห็นถึงลักษณะคายความร้อน
ปฏิกิริยาออกซิเดชัน
มีปฏิกิริยาหลายอย่างในประเภทนี้ที่แสดงพฤติกรรมคายความร้อนเนื่องจากการออกซิเดชั่นของออกซิเจนทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานจำนวนมากเช่นเดียวกับในการออกซิเดชั่นของไฮโดรคาร์บอน
ปฏิกิริยาของปลวก
ปฏิกิริยานี้สามารถสร้างอุณหภูมิประมาณ 3000 ° C และเนื่องจากความสัมพันธ์ที่สูงของผงอะลูมิเนียมที่มีออกไซด์ของโลหะจำนวนมากจึงถูกใช้ในการเชื่อมเหล็กและเหล็ก
ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน
ปฏิกิริยาประเภทนี้เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อสารเคมีชนิดหนึ่งเรียกว่าโมโนเมอร์ทำปฏิกิริยาซึ่งเป็นหน่วยที่เมื่อรวมกันถูกทำซ้ำในโซ่เพื่อสร้างโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เรียกว่าโพลีเมอร์
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน
กระบวนการนี้หมายถึงการแบ่งนิวเคลียสของอะตอมที่ถือว่าหนัก - นั่นคือมีจำนวนมวล (A) มากกว่า 200 - เพื่อผลิตชิ้นส่วนหรือนิวเคลียสที่มีขนาดเล็กลงด้วยมวลกลาง
ในปฏิกิริยานี้เมื่อเกิดนิวตรอนหนึ่งตัวขึ้นไปพลังงานจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมาเพราะแกนที่มีน้ำหนักสูงจะมีความเสถียรต่ำกว่าผลิตภัณฑ์
ปฏิกิริยาอื่น ๆ
นอกจากนี้ยังมีปฏิกิริยาคายความร้อนอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องอย่างมากเช่นการคายน้ำของคาร์โบไฮเดรตบางอย่างเมื่อทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟูริกการดูดซึมน้ำที่นำเสนอโดยโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่สัมผัสกับอากาศเปิดหรือการออกซิเดชั่นของโลหะ
ตัวอย่าง
ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของปฏิกิริยาคายความร้อนซึ่งก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเอนทัลปีที่มีค่าเป็นลบเนื่องจากความจริงที่ว่าพวกเขาปล่อยพลังงานดังที่กล่าวไว้ข้างต้น
ตัวอย่างเช่นการเผาไหม้ของโพรเพนเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนที่เกิดขึ้นเอง:
C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) → 3CO 2 (g) + 4H 2 O (l)
อีกกรณีของพฤติกรรมคายความร้อนแสดงโดยปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางระหว่างโซเดียมคาร์บอเนตและกรดไฮโดรคลอริก:
NaHCO 3 (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H 2 O (l) + CO 2 (g)
การเกิดออกซิเดชันของเอทานอลต่อกรดอะซิติกที่ใช้ในเครื่องวิเคราะห์ลมหายใจก็แสดงให้เห็นซึ่งปฏิกิริยาที่สมบูรณ์จะแสดงในสมการต่อไปนี้:
3CH 3 CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → CH 3 COOH + 2Cr (SO 4 ) 3 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O
ปฏิกิริยาคายความร้อนอีกประเภทหนึ่งคือปฏิกิริยาที่เรียกว่าเทอร์ไมต์ซึ่งอลูมิเนียมผสมกับโลหะออกไซด์ดังตัวอย่างด้านล่าง:
2Al + + Fe 2 O 3 (s) → Al 2 O 3 (s) + Fe (l)
นอกเหนือจากตัวอย่างที่อธิบายข้างต้นแล้วยังมีปฏิกิริยาที่หลากหลายซึ่งถือว่าเป็นการคายความร้อนเช่นการสลายตัวของสารอินทรีย์บางชนิดเพื่อการทำปุ๋ยหมัก
นอกจากนี้ยังเน้นการออกซิเดชั่นของเม็ดสีลูซิเฟอร์โดยการกระทำของเอนไซม์ลูซิเฟอร์เนสเพื่อสร้างลักษณะเรืองแสงของหิ่งห้อยและแม้กระทั่งการหายใจในปฏิกิริยาอื่น ๆ อีกมากมาย
