Wat zijn exotherme reacties?
Faseveranderingen in materie zijn onderverdeeld in twee basiscategorieën: endotherm en exotherm. Exotherm betekent "buitenwarmte" in het Grieks, in tegenstelling tot endotherme "binnenwarmte". Endotherme reacties hebben warmte of energie nodig om nieuwe chemische bindingen te vormen, zoals wanneer een ijsblokje in een vloeistof wordt gesmolten en vervolgens in damp wordt gekookt. Exotherme reacties, aan de andere kant, creëren meer energie dan nodig is om ze te vergemakkelijken, waardoor de temperatuur direct rond de reactie stijgt. Dit gebeurt wanneer regen wordt gevormd in een wolk en zelfs wanneer regen bevriest op de grond.
Enkele van de meest illustratieve exotherme reacties betreffen vlammen. Lucifers, kampvuren, vuurwerk en raketten gebruiken exotherme reacties om energie te produceren die voor verschillende doeleinden wordt gebruikt. Velen faciliteren endotherme reacties zoals het maken van brood, kooksoep of het verwarmen van de handen. Exotherme reacties geven echter niet alleen warmte af; ze vereisen vaak op zijn minst een initiële toevoer van energie die voorziet in wat de energie van activering wordt genoemd. Bij exotherme reacties zal de geïnvesteerde energie echter altijd minder zijn dan de totale geproduceerde energie; de vonk zal nooit groter zijn dan de vlam.
Andere exotherme reacties zijn moeilijker te ervaren. Wanneer zich roest op metaal vormt, een andere veel voorkomende exotherme reactie, lijkt het proces geen warmte af te geven. Er is echter warmte afgegeven; gedurende enkele uren, in precies de juiste omstandigheden van vocht, licht en temperatuur, produceert het mengen van ijzer en zuurstof ijzeroxide en een beetje hitte.
Wetenschappers gebruiken een instrument genaamd een calorimeter om te meten hoeveel warmte wordt geproduceerd door een faseverandering of chemische reactie. Dit omvat het uitvoeren van de reactie in een waterbad om de geproduceerde temperatuurverandering te meten. De resultaten geven aan of een gegeven reactie endotherm of exotherm is.
Leraren scheikunde gebruiken vaak een of meer van meerdere zorgvuldig begeleide experimenten om de principes van exotherme reacties te illustreren. De les kan zo eenvoudig zijn als het aansteken van een lucifer en uitleggen hoe een vonk een exotherme reactie tussen zwavel en zuurstof ontsteekt om warmte te produceren. Een ander veel voorkomend experiment omvat het mengen van water en calciumchloride, een ontijzingsmiddel dat ook wordt gebruikt in draagbare verwarmingspakketten, en vervolgens de hoeveelheid warmte meten die wordt geproduceerd door de reactie.
Veel forensische wetenschappers bestuderen uitvoerig exotherme reacties. Eerst moeten ze leren hoe verschillende chemische reacties optreden en hoeveel warmte wordt geproduceerd. Als onderzoekers rust deze kennis hen beter uit om te ontdekken wat een brand of explosie heeft veroorzaakt - en om te bepalen hoe ze in de toekomst het beste kunnen worden gedoofd.