Reakcja egzotermiczna — na czym polega

Reakcja egzotermiczna to reakcja, w której energia zostaje wydzielona do otoczenia, najczęściej w postaci ciepła. Mieszanina reakcyjna nagrzewa się.

Egzotermiczna a endotermiczna

• Egzotermiczna — energia wydzielana, otoczenie się ogrzewa
• Endotermiczna — energia pochłaniana, otoczenie się oziębia

Rozróżnienie opiera się na kierunku przepływu energii. Przedrostek egzo- oznacza na zewnątrz, a endo- do wewnątrz — ta sama zasada wraca w wielu terminach naukowych.

Przykłady reakcji egzotermicznych

• Spalanie — węgla, gazu, drewna
• Neutralizacja — kwasu zasadą
• Rozpuszczanie wodorotlenku sodu w wodzie
• Reakcja metali aktywnych z wodą
• Oddychanie komórkowe — również w organizmach

Dlaczego energia się wydziela

Rozerwanie wiązań w substratach wymaga energii, a tworzenie wiązań w produktach ją uwalnia. O bilansie decyduje różnica między tymi wielkościami.

Gdy wiązania w produktach są mocniejsze niż w substratach, uwolniona energia przewyższa pobraną i nadwyżka trafia do otoczenia. Produkty mają wtedy niższą energię wewnętrzną niż substraty, co zapisuje się jako ujemny efekt cieplny reakcji.

Energia aktywacji

Fakt, że reakcja wydziela energię, nie oznacza, że rozpocznie się samoczynnie. Potrzebna jest energia aktywacji, czyli bodziec uruchamiający proces.

Papier jest w zetknięciu z tlenem układem, którego spalenie wydzieli energię, ale nie zapala się sam — trzeba go podgrzać zapałką. Po zainicjowaniu reakcja podtrzymuje się sama, bo wydzielone ciepło dostarcza energii aktywacji kolejnym porcjom substratu.

Zastosowania

Reakcje egzotermiczne są podstawą ogrzewania i produkcji energii. Wykorzystuje się je też w ogrzewaczach chemicznych oraz spawaniu termitowym, gdzie reakcja glinu z tlenkiem żelaza daje temperaturę wystarczającą do stopienia stali.

Wykres energetyczny

Przebieg reakcji przedstawia się na wykresie, gdzie oś pionowa oznacza energię, a pozioma postęp procesu. Przy reakcji egzotermicznej poziom produktów leży niżej niż substratów.

Między nimi znajduje się wzniesienie odpowiadające energii aktywacji. Katalizator obniża to wzniesienie, przyspieszając reakcję, ale nie zmienia poziomów substratów ani produktów — efekt cieplny pozostaje ten sam.

Reakcje endotermiczne

• Rozkład węglanu wapnia — wymaga silnego ogrzewania
• Fotosynteza — pochłania energię światła
• Rozpuszczanie azotanu amonu — roztwór się oziębia

Ostatni przykład wykorzystuje się w chłodzących okładach jednorazowych. Po zgnieceniu opakowania sól miesza się z wodą, a pochłanianie energii obniża temperaturę bez potrzeby użycia lodówki.