Εξώθερμη αντίδραση

Μια εξώθερμη αντίδραση είναι μια χημική αντίδραση που ελευθερώνει ενέργεια με φως ή θερμότητα. Είναι το αντίθετο μιας ενδόθερμης αντίδρασης.

Εκφραζόμενο σε μια χημική εξίσωση:  αντιδρώντα → προϊόντα + ενέργεια

Επισκόπηση

Μια εξώθερμη αντίδραση είναι μια χημική ή φυσική αντίδραση που εκλύει θερμότητα. Αποδίδει καθαρή ενέργεια στο περιβάλλον της. Δηλαδή, η απαιτούμενη ενέργεια για αρχικοποίηση της αντίδρασης είναι μικρότερη από την ενέργεια που απελευθερώνεται ακολούθως.

Όταν το μέσο στο οποίο η αντίδραση λαμβάνει χώρα αποκτά θερμότητα, η αντίδραση είναι εξώθερμη.
Όταν χρησιμοποιείται ένα θερμιδόμετρο, το συνολικό ποσό της θερμότητας που ρέει στο (ή μέσα από) το θερμιδόμετρο είναι το αρνητικό της καθαρής μεταβολής σε ενέργεια του συστήματος.

Το απόλυτο ποσό της ενέργειας σε ένα χημικό σύστημα είναι δύσκολο να μετρηθεί ή να υπολογιστεί. Η μεταβολή της ενθαλπίας, ΔH, μιας χημικής αντίδρασης είναι πολύ πιο εύκολη στην επεξεργασία. Η μεταβολή της ενθαλπίας ισούται με την μεταβολή στην εσωτερική ενέργεια του συστήματος συν το απαιτούμενο έργο για μεταβολή του όγκου του συστήματος σε σταθερή ατμοσφαιρική πίεση. Ένα θερμιδόμετρο βόμβας είναι πολύ κατάλληλο για τη μέτρηση της μεταβολής της ενέργειας, ΔH, μιας αντίδρασης καύσης. Οι μετρημένες και υπολογισμένες τιμές ΔH σχετίζονται με τις ενέργειες δεσμών ως εξής:

ΔH = η χρησιμοποιούμενη ενέργεια στις αντιδράσεις διάσπασης δεσμών − απελευθερούμενη ενέργεια στη δημιουργία δεσμών προϊόντων

Από τον ορισμό της μεταβολής ενθαλπίας έχει μια αρνητική τιμή:

ΔH < 0

Σε μια εξώθερμη αντίδραση, δίνει αρνητική τιμή για το ΔH, επειδή μια μεγαλύτερη τιμή (η απελευθερούμενη ενέργεια στην αντίδραση) αφαιρείται από μια μικρότερη τιμή (τη χρησιμοποιούμενη ενέργεια για την αντίδραση). Παραδείγματος χάρη, όταν καίγεται το υδρογόνο:

2H2 (g) + O2 (g) → 2H2Ο (g)
ΔH =  −483.6 kJ/mol από O2 

Οι πιο συνηθισμένοι διαθέσιμοι θερμαντήρες χεριών χρησιμοποιούν την οξείδωση του σιδήρου για να πετύχουν μια εξώθερμη αντίδραση:

4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s).

Παραδείγματα εξώθερμων αντιδράσεων
 Αντιδράσεις καύσης των καυσίμων
 Εξουδετέρωση
 Καύση μιας ουσίας
 Προσθήκη νερού σε άνυδρο θειικό χαλκό
 Η αντίδραση θερμίτη
 Πολλές αντιδράσεις διάβρωσης όπως η οξείδωση των μετάλλων
 Οι περισσότερες αντιδράσεις πολυμερισμού
 Η διεργασία Χάμπερ (Haber) για παραγωγή αμμωνίας
 Η αναπνοή
 Αποσύνθεση φυτικών υλών σε κομπόστ

Διάφορες παρατηρήσεις 
 Η έννοια της εξώθερμης αντίδρασης και της αντίθετη της, της ενδόθερμης, σχετίζονται με τη μεταβολή της ενθαλπίας σε οποιαδήποτε διεργασία, όχι μόνο στις χημικές αντιδράσεις.
 Στις ενδόεργες αντιδράσεις και στις εξώεργες αντιδράσεις είναι το πρόσημο της ελεύθερης ενέργειας Γκίμπς που καθορίζει το σημείο ισορροπίας και όχι η ενθαλπία. Οι συσχετιζόμενες έννοιες ενδόεργος and εξώεργος εφαρμόζονται σε όλες τις φυσικές διεργασίες.
 Οι εννοιολογικά συσχετιζόμενοι όροι ομοιόθερμο και ποικιλόθερμο αναφέρονται στη φυσιολογία των ζώων.
 Στους κβαντικούς αριθμούς, όταν οποιαδήποτε διεγερμένη στάθμη ενέργειας επιστρέφει στην αρχική της στάθμη, παραδείγματος χάρη: όταν από n=4 μεταπίπτει στην n=2, η απελευθερούμενη ενέργεια είναι εξώθερμη.
 Όταν μια εξώθερμη αντίδραση προκαλεί θέρμανση του δοχείου της αντίδρασης που δεν ελέγχεται, ο ρυθμός της αντίδρασης μπορεί να αυξηθεί, προκαλώντας με τη σειρά του τη μεγαλύτερη ανάπτυξη θερμότητας. Αυτή η κατάσταση θετικής ανάδρασης είναι γνωστή ως θερμική διαφυγή. Μια έκρηξη μπορεί να συμβεί ως αποτέλεσμα αυτού του προβλήματος.

Μέτρηση
Η παραγωγή ή η απορρόφηση θερμότητας είτε σε φυσική διεργασία είτε σε χημική αντίδραση μετράται χρησιμοποιώντας τη θερμιδομετρία. Ένα συνηθισμένο εργαστηριακό όργανο είναι το θερμιδόμετρο αντίδρασης, όπου η ροή θερμότητας στο δοχείο της αντίδρασης ή από αυτό καταγράφεται. Η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παρακολουθήσει χημικές αντιδράσεις, καθώς και φυσικές διεργασίες όπως κρυστάλλωση και διάλυση.

Η ελευθερούμενη ενέργεια μετριέται σε J·mol−1. Η αντίδραση έχει μια αρνητική τιμή μεταβολής ΔH (μεταβολή θερμότητας) λόγω των καθαρών απωλειών.
π.χ.: -123 J/mol

Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Θερμοχημεία