Egzotermni proces

Neke eksplozije su među najžešćim egzotermnim reakcijama.

Pojam egzotermni proces ili egzotermna reakcija (grč. έξω – eksō = prema vani, spolja + θερμικός – termikόs = termički) – u termodinamici – opisuje proces ili reakciju koja oslobađa energiju iz sistema u okolinu, obično u obliku toplote, ali i u obliku svjetlosti (npr. iskra, plamen ili bljesak), struja (npr. baterija) ili zvuk (npr. eksplozija koja se čuje prilikom gorenja vodika).^[1] Termin "egzotermni" prvi je smislio Marcellin Berthelot. Suprotno egzotermnom procesu je endotermni, koji apsorbira energiju obično u obliku toplote.

Koncept se često primenjuje u fizičkim naukama na hemijske reakcije, gdje se hemijska energija veze pretvara u toplotnu energiju (toplotu).

Egzotermne (i endotermne) opisuju dvije vrste hemijskih reakcija ili sistema koji se nalaze u prirodi, kako slijedi.

Jednostavno rečeno, nakon egzotermne reakcije u okolinu je ispušteno više energije nego što je apsorbovano za pokretanje i održavanje reakcije. Primjer bi bio izgaranje svijeće, pri čemu suma kalorija proizvedenih izgaranjem. Može se utvrditi promatrajući zračenje okoline i proizvedene vidljive svjetlosti, uključujući porast temperature samog goriva (voska), kada se kisik pretvara u vrući CO₂ i vodenu paru premašujući broj kalorija apsorbiranih u početku prilikom paljenja plamena i održavanja plamena. Izvjesna energija se ponovo apsorbuje i koristi za topljenja, zatim isparavanje voska itd., ali je daleko nadmašena energijom koja se oslobađa pretvaranjem relativno slabe dvostruke veze kisika^[2] u snažnije veze kod CO₂ i H₂O.

S druge strane, u endotermnoj reakciji ili sistemu, tokom reakcije, energija se uzima iz okoline, obično usljed povoljnim povećane entropije u sistemu. Primjer endotermne reakcije je hladnjak za prvu pomoć, u kojem su, za reakciju dviju hemikalija ili rastvaranje jedne u drugoj, potrebne su kalorije iz okoline, a reakcija hladi vrećicu i okolinu upijajući iz njih toplotu. Proizvodnja drveta u procesu fotosinteze je endotermni proces: drveće apsorbira zračenje sunčeve energije i koristi ga u endotermnim reakcijama poput razdvajanja CO₂ i H₂O i rekombinacija atoma za proizvodnju celuloze i drugih organskih supstanci, kao i O₂. Drvo se kasnije može spaliti u kaminu, egzotermno oslobađajući energiju O₂^[2] u obliku toplote i svjetlosti, u svoju okolinu, npr. u unutrašnjost sobe.

Pregled

Egzotermnost odnosi se na transformaciju u kojoj zatvoreni sistem oslobađa energiju (toplotu) u okolinu, izraženu kao:

$Q<0$ .

Kada se transformacija dogodi pod konstantnim pritiskom i bez izmjene električne energije, toplota Q jednaka je promjeni entalpije, tj.

∆H < 0,^[3]

dok je pri konstantnoj zapremini, prema prvom zakonu termodinamike, jednak unutrašnjoj promjeni energije, tj.

∆U = Q + 0 < 0.

U adiadijabatskom sistemu (tj. sistemu koji ne razmjenjuje toplotu s okolinom), inače egzotermni proces rezultira porastom temperature.^[4]

U egzotermnim hemijskim reakcijama, oslobođena toplota poprima oblik elektromagnetske energije ili kinetičke energije molekula. Prijelaz elektrona s jednog nivoa kvantne energije na drugi uzrokuje oslobađanje svjetlosti. Ova svjetlost je po energiji ekvivalentna energiji stabilizacije energije za hemijsku reakciju, tj. energiji veze. Oslobođenu svjetlost mogu apsorbirati druge molekule u rastvoru, dajući molekulske translacije i rotacije, što dovodi do klasičnog razumijevanja topline. U egzotermnoj reakciji energija potrebna za pokretanje reakcije manja je od energije koja se naknadno oslobađa, pa dolazi do neto oslobađanja energije.

Primjeri

Egzotermna termitna reakcija upotrebom gvožđa (III)- oksida. Iskrice koje lete prema van su kuglice rastopljenog gvožđa koje prate dim.

Neki primjeri egzotermnih procesa su:

^[5]

Sagorijevanje goriva kao što su drvo, ugalj i ulje / nafta ;
Termitna reakcija;^[6]
Reakcija alkalnih metala i drugih visoko elektropozitivnih metala sa vodom;
Kondenzacija kiše iz vodene pare;
Miješanje vode i jake kiseline ili jake baze;
Reakcija kiseline i baze;
Dehidracija ugljikohidrata pomoću sumporne kiseline;
Postavljanje cementa i betona;
Neke reakcije polimerizacije, kao što je vezivanje epoksidne smole;
Reakcija većine metala s halogenima ili kisikom
Nuklearna fuzija u vodikovim bombama i u zvjezdanim jezgrima (za gvožđe);
Nuklearna fisija teških elemenata;
Reakcija između cinka i hlorovodične kiseline.
Disanje (razgradnja glukoze radi oslobađanja energije u ćelijama)

Implikacije za hemijske reakcije

Hemijske egzotermne reakcije uglavnom su spontanije od njihovih alternativa, endotermnih reakcija.

U termohemijskoj reakciji koja je egzotermna, među produktima reakcije može biti biti toplota.

Kontrast termodinamičke i biološke terminologije

Zbog historijske nesporazuma, studenti nailaze na izvor moguće zabune između terminologije u fizici i biologiji. Dok se termin termodinamički i egzotermni, odnosno endotermni odnose na procese koji odaju toplotnu energiju i procese koji apsorbiraju toplotnu energiju, u biologiji smisao je efektivno obrnut. Pojmovi metabolički ektotermni i endotermni odnose se na organizme koji se u velikoj mjeri oslanjaju na vanjsku toplotu da bi postigli punu radnu temperaturu, te na organizme koji proizvode toplotu iz kao glavni faktor u kontroli njihove tjelesne temperature.

Također pogledajte

Reference

^ "Gate for the Greek language" on-line dictionary Arhivirano 5. 12. 2017. na Wayback Machine. greek-language.gr
^ ^a ^b Schmidt-Rohr, K. (2015). "Why Combustions Are Always Exothermic, Yielding About 418 kJ per Mole of O₂", J. Chem. Educ. 92: 2094-2099. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00333
^ Oxtoby, D. W; Gillis, H.P., Butler, L. J. (2015).Principles of Modern Chemistry, Brooks Cole. p. 617. ISBN 978-1305079113
^ Perrot, Pierre (1998). A to Z of Thermodynamics. Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.
^ Exothermic – Endothermic examples Arhivirano 1. 9. 2006. na Wayback Machine. frostburg.edu
^ [1]

Vanjski linkovi

Commons logo

Commons ima datoteke na temu: Egzotermni proces

http://chemistry.about.com/b/a/184556.htm Arhivirano 22. 5. 2006. na Wayback Machine Observe exothermic reactions in a simple experiment

[1] "Gate for the Greek language" on-line dictionary Arhivirano 5. 12. 2017. na Wayback Machine. greek-language.gr

[Schmidt-Rohr_15-2] Schmidt-Rohr, K. (2015). "Why Combustions Are Always Exothermic, Yielding About 418 kJ per Mole of O₂", J. Chem. Educ. 92: 2094-2099. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00333

[Oxtoby8th-3] Oxtoby, D. W; Gillis, H.P., Butler, L. J. (2015).Principles of Modern Chemistry, Brooks Cole. p. 617. ISBN 978-1305079113

[4] Perrot, Pierre (1998). A to Z of Thermodynamics. Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.

[5] Exothermic – Endothermic examples Arhivirano 1. 9. 2006. na Wayback Machine. frostburg.edu

[6] [1]

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]