Egzotermni proces
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:
.
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
Neki primjeri egzotermnih procesa su:
- 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 [[fizika|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
- Kalorimetrija
- Hemijska termodinamika
- Diferencijalna skenirajuća kalorimetrija
- Endergonska reakcija
- Egzergoniija
- Eksergonska reakcija
- Endotermna reakcija
Reference
Vanjski linkovi
- http://chemistry.about.com/b/a/184556.htm Arhivirano 22. 5. 2006. na Wayback Machine Observe exothermic reactions in a simple experiment