Quali sono le reazioni esotermiche?

I cambiamenti di fase nella materia sono suddivisi in due categorie di base: endotermica ed esotermica. Esotermico significa "calore esterno" in greco, in contrapposizione al "calore interno" di endotermia. Le reazioni endotermiche richiedono calore, o energia, per formare nuovi legami chimici, come quando un cubetto di ghiaccio viene fuso in un liquido e poi bollito in vapore. Le reazioni esotermiche, d'altra parte, creano più energia di quanto è necessario per facilitarle, facendo aumentare immediatamente la temperatura attorno alla reazione. Ciò accade quando la pioggia si forma in una nuvola e anche quando la pioggia si congela nel ghiaccio sul terreno.

Alcune delle reazioni esotermiche più illustrative coinvolgono fiamme. Partite, fuochi, fuochi d'artificio e razzi impiegano reazioni esotermiche per produrre energia utilizzata per vari scopi. Molti facilitano reazioni endotermiche come fare il pane, cucinare la zuppa o scaldare le mani. Le reazioni esotermiche non si limitano a emettere calore, però; spesso richiedono almeno una fornitura iniziale di energia che fornisce quella che viene definita energia di attivazione. Nelle reazioni esotermiche, tuttavia, l'energia investita sarà sempre inferiore all'energia totale prodotta; la scintilla non sarà mai maggiore della fiamma.

Altre reazioni esotermiche sono più difficili da sperimentare. Quando la ruggine si forma sul metallo, un'altra reazione esotermica comune, non sembra che il processo stia emettendo calore. Il calore è stato rilasciato, tuttavia; per diverse ore, nelle giuste condizioni di umidità, luce e temperatura, la mescolanza di ferro e ossigeno produce ossido di ferro e un minimo di calore.

Gli scienziati usano uno strumento chiamato calorimetro per misurare la quantità di calore prodotta da un cambiamento di fase o da una reazione chimica. Ciò comporta lo svolgimento della reazione a bagnomaria per misurare la variazione di temperatura prodotta. I risultati indicano se una determinata reazione è endotermica o esotermica.

Gli insegnanti di chimica spesso impiegano uno o più esperimenti attentamente supervisionati per illustrare i principi delle reazioni esotermiche. La lezione può essere semplice come accendere un fiammifero e spiegare come una scintilla accenda una reazione esotermica tra zolfo e ossigeno per produrre calore. Un altro esperimento comune prevede la miscelazione di acqua e cloruro di calcio, un agente sbrinante utilizzato anche in pacchetti di riscaldamento portatili, quindi misurare la quantità di calore prodotta dalla reazione.

Molti scienziati forensi studiano esaurientemente le reazioni esotermiche. Innanzitutto devono imparare come si verificano varie reazioni chimiche e quanto calore viene prodotto. Come investigatori, questa conoscenza li equipaggia meglio per scoprire cosa ha causato un incendio o un'esplosione e determinare il modo migliore per estinguerli in futuro.