Экзотермический процесс
В термодинамике — экзотермический процесс (от древнегреческого έξω ( éxō ) «наружу» и θερμικός ( thermikós ) «тепловой»). [1] это термодинамический процесс или реакция , которая высвобождает энергию из системы в окружающую среду , [2] обычно в форме тепла , но также в форме света (например, искры, пламени или вспышки), электричества (например, батареи) или звука (например, взрыва, слышимого при горении водорода). Термин экзотермический впервые был введен французским химиком XIX века Марселленом Бертло . [3]
Противоположностью экзотермического процесса является эндотермический процесс, при котором энергия поглощается, обычно в виде тепла. [2] Эта концепция часто применяется в физических науках к химическим реакциям , в которых энергия химической связи преобразуется в тепловую энергию (тепло).
Два типа химических реакций
[ редактировать ]Экзотермические и эндотермические описывают два типа химических реакций или систем, встречающихся в природе, а именно:
экзотермический
[ редактировать ]Экзотермическая реакция происходит, когда тепло выделяется в окружающую среду. Согласно IUPAC , экзотермическая реакция — это «реакция, для которой общее стандартное изменение энтальпии Δ H ⚬ отрицательно». [4] Некоторыми примерами экзотермических процессов являются сжигание топлива , конденсация и деление ядер . [5] который используется на атомных электростанциях для высвобождения большого количества энергии. [6]
Эндотермический
[ редактировать ]В эндотермической реакции или системе энергия забирается из окружающей среды в ходе реакции, что обычно обусловлено благоприятным увеличением энтропии в системе. [7] Примером эндотермической реакции является холодный компресс для оказания первой помощи, в котором реакция двух химических веществ или растворение одного в другом требует калорий из окружающей среды, а реакция охлаждает сумку и окружающую среду, поглощая из них тепло. [8]
Фотосинтез , процесс, который позволяет растениям преобразовывать углекислый газ и воду в сахар и кислород, является эндотермическим процессом: растения поглощают лучистую энергию Солнца и используют ее в эндотермическом, иначе говоря, неспонтанном процессе. Запасенная химическая энергия может быть освобождена обратным (самопроизвольным) процессом: сгоранием сахара с образованием углекислого газа, воды и тепла (лучистой энергии). [9]
Высвобождение энергии
[ редактировать ]Экзотермический относится к преобразованию, при котором закрытая система выделяет энергию (тепло) в окружающую среду, выражаемую выражением
Когда превращение происходит при постоянном давлении и без обмена электрической энергией , теплота Q равна изменению энтальпии , т.е.
а при постоянном объеме , согласно первому закону термодинамики, оно равно внутренней энергии ( U изменению ), т.е.
В адиабатической системе (т. е. системе, которая не обменивается теплом с окружающей средой) экзотермический процесс в противном случае приводит к увеличению температуры системы. [11]
В экзотермических химических реакциях тепло, выделяющееся в результате реакции, принимает форму электромагнитной энергии или кинетической энергии молекул. [12] Переход электронов с одного квантового энергетического уровня на другой вызывает выделение света. Этот свет по энергии эквивалентен некоторой энергии стабилизации энергии химической реакции, т. е. энергии связи . Этот излучаемый свет может поглощаться другими молекулами в растворе, вызывая перемещение и вращение молекул, что дает начало классическому пониманию тепла. В экзотермической реакции энергия активации (энергия, необходимая для начала реакции) меньше энергии, которая впоследствии высвобождается, поэтому происходит чистое высвобождение энергии. [13]
Примеры
[ редактировать ]
Некоторые примеры экзотермических процессов: [14]
- Сжигание топлива , такого как древесина , уголь и нефть / нефть.
- Термитная реакция [15]
- Реакция щелочных металлов и других высокоэлектроположительных металлов с водой.
- Конденсация дождя из водяного пара
- Смешивание воды и сильных кислот или сильных оснований
- Реакция кислот и оснований
- Дегидратация углеводов кислотой серной
- Схватывание цемента и бетона
- Некоторые реакции полимеризации, такие как схватывание эпоксидной смолы.
- Реакция большинства металлов с галогенами или кислородом.
- Ядерный синтез в водородных бомбах и ядрах звезд (до железа)
- Ядерное деление тяжелых элементов
- Реакция цинка и соляной кислоты
- Дыхание (расщепление глюкозы для высвобождения энергии в клетках)
Последствия для химических реакций
[ редактировать ]Химические экзотермические реакции обычно более спонтанны, чем их аналоги, эндотермические реакции . [16]
В термохимической реакции, которая является экзотермической, тепло может быть включено в число продуктов реакции.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Онлайн-словарь «Ворота греческого языка». Архивировано 5 декабря 2017 г. в Wayback Machine . греческий язык.gr
- ^ Перейти обратно: а б «17.3: Экзотермические и эндотермические процессы» . Химия LibreTexts . 27 июня 2016 г. Проверено 26 июня 2024 г.
- ^ Саттон, Майк (1 марта 2007 г.). «Химия на благо» . Химический мир . Проверено 26 июня 2024 г.
- ^ «ИЮПАК – экзотермическая реакция (Е02269)» . goldbook.iupac.org . Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК). дои : 10.1351/goldbook.e02269 . Проверено 26 июня 2024 г.
- ^ Башьял, Джиоти (20 февраля 2023 г.). «Экзотермические реакции с важными примерами» . сайт scienceinfo.com . Проверено 26 июня 2024 г.
- ^ «Атомные электростанции — Управление энергетической информации США (EIA)» . www.eia.gov . Проверено 26 июня 2024 г.
- ^ Окстоби, Дэвид В.; Гиллис, HP; Батлер, Лори Дж. (2016). Основы современной химии (8-е изд.). Андовер: Cengage Learning. п. 617. ИСБН 978-1-305-07911-3 .
- ^ «Холодный компресс: холодный пример эндотермической реакции - поговорим о науке» . Letstalkscience.ca . 01.06.2020 . Проверено 26 июня 2024 г.
- ^ «Фотосинтез. Что происходит во время фотосинтеза? - OCR 21 век - Комбинированный научный пересмотр GCSE - OCR 21 век» . BBC Bitesize . Проверено 26 июня 2024 г.
- ^ Окстоби, Д.В.; Гиллис, Х.П., Батлер, Л.Дж. (2015). Принципы современной химии , Брукс Коул. п. 617. ISBN 978-1305079113
- ^ Перро, Пьер (1998). Термодинамика от А до Я. Издательство Оксфордского университета. стр. 6–7. ISBN 0-19-856552-6 .
- ^ «Потенциальная энергия» . Химия LibreTexts . 02.10.2013 . Проверено 26 июня 2024 г.
- ^ «Глава 2 – Топливо на основе углерода». Хайнеманн Химия . Том. 2 (6 изд.). Пирсон . стр. 64–65. ISBN 9780655700098 .
- ^ Экзотермические - эндотермические примеры. Архивировано 1 сентября 2006 г. в Wayback Machine . Frostburg.edu
- ^ «T510: Экзотермическая реакция – Термит» . 23 декабря 2015 г.
- ^ «Примеры спонтанных эндотермических реакций — примеры химии» . www.chemicool.com . Проверено 26 июня 2024 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]