Что такое экзотермические реакции?

Фазовые изменения в веществе делятся на две основные категории: эндотермические и экзотермические. Экзотермическое в переводе с греческого означает «внешнее тепло», в отличие от эндотермического «внутреннее тепло». Эндотермические реакции нуждаются в тепле или энергии для образования новых химических связей, например, когда кубик льда плавится в жидкость, а затем превращается в пар. Экзотермические реакции, с другой стороны, создают больше энергии, чем необходимо для их облегчения, вызывая повышение температуры непосредственно вокруг реакции. Это происходит, когда дождь образуется в облаке и даже когда дождь замерзает на поверхности льда.

Некоторые из наиболее показательных экзотермических реакций связаны с пламенем. Спички, костры, фейерверки и ракеты используют экзотермические реакции для производства энергии, используемой для различных целей. Многие способствуют эндотермическим реакциям, таким как приготовление хлеба, приготовление супа или разогрев рук. Однако экзотермические реакции не просто выделяют тепло; они часто требуют, по крайней мере, первоначального запаса энергии, которая обеспечивает то, что называется энергией активации. В экзотермических реакциях, однако, вложенная энергия всегда будет меньше, чем общая произведенная энергия; искра никогда не будет больше пламени.

Другие экзотермические реакции сложнее переживать. Когда на металле образуется ржавчина, еще одна распространенная экзотермическая реакция, не похоже, что этот процесс выделяет тепло. Тепло было выпущено, однако; в течение нескольких часов, при правильных условиях влажности, света и температуры, смешивание железа и кислорода приводит к образованию оксида железа и небольшому количеству тепла.

Ученые используют прибор, называемый калориметром, чтобы измерить, сколько тепла вырабатывается при изменении фазы или химической реакции. Это включает в себя проведение реакции в водяной бане для измерения произведенного изменения температуры. Результаты показывают, является ли данная реакция эндотермической или экзотермической.

Преподаватели химии часто используют один или несколько из нескольких тщательно контролируемых экспериментов, чтобы проиллюстрировать принципы экзотермических реакций. Урок может быть таким же простым, как зажигание спички и объяснение того, как искра зажигает экзотермическую реакцию между серой и кислородом для производства тепла. Другой обычный эксперимент включает смешивание воды и хлорида кальция, противогололедного агента, также используемого в переносных нагревательных блоках, с последующим измерением количества тепла, выделяемого в результате реакции.

Многие криминалисты изучают экзотермические реакции исчерпывающе. Сначала они должны узнать, как происходят различные химические реакции и сколько выделяется тепла. Как следователи, эти знания лучше дают им возможность обнаружить причину пожара или взрыва и определить, как лучше их погасить в будущем.