رد الفعل الطارد للحرارة: العملية والأنواع والأمثلة
التفاعل الطارد للحرارة هو نوع من التفاعل الكيميائي يحدث فيه نقل الطاقة ، بشكل رئيسي في شكل إطلاق للحرارة أو الضوء. يأتي الاسم من البادئة اليونانية exo ، والتي تعني "للخارج" ؛ ومصطلح "الحرارية" ، والذي يشير إلى الحرارة أو درجة الحرارة.
وبهذا المعنى ، يمكن أن تنقل التفاعلات الطاردة للحرارة أنواعًا أخرى من الطاقة إلى البيئة التي يتم إنشاؤها فيها ، مثل الانفجارات وطريقتها في نقل الطاقة الحركية والصوتية عند توسيع المواد الموجودة في الطور الغازي عند درجات حرارة عالية. بطريقة عنيفة.
بنفس الطريقة ، في حالة استخدام البطاريات ، يتم إجراء تفاعل طارد للحرارة ، فقط في هذه الحالة يتم نقل الطاقة الكهربائية.
عملية
في السابق ، تم ذكر أنه عندما يحدث تفاعل طارد للحرارة يحدث إطلاق للطاقة ، والتي يمكن تصورها بسهولة أكبر في المعادلة التالية:
الكواشف (ق) → المنتج (ق) + الطاقة
لذلك ، لقياس الطاقة التي يمتصها أو يطلقها نظام ، يتم استخدام معلمة ديناميكية حرارية تدعى enthalpy (تدل على "H"). إذا حدث في نظام ما (في هذه الحالة ، تفاعل كيميائي) إطلاق طاقة نحو البيئة المحيطة ، فإن تباين المحتوى الحراري (المعبر عنه بـ asH) سيكون له قيمة سالبة.
خلاف ذلك ، إذا كان الاختلاف في هذا القياس إيجابيا ، فإنه يعكس امتصاص الحرارة من المناطق المحيطة. كذلك ، فإن حجم التباين في النظام هو تعبير عن كمية الطاقة التي يتم نقلها من أو إلى البيئة.
كلما زاد حجم ΔH ، زاد إطلاق الطاقة من النظام إلى الوسط المحيط.
هذا لأنه في هذه التفاعلات تكون الطاقة الصافية التي يتم إصدارها عند إنشاء روابط جديدة أكبر من الطاقة الصافية المستخدمة في تجزئة الروابط.
مما سبق يمكن استنتاج أن هذا النوع من التفاعلات شائع للغاية ، لأن منتجات التفاعل لديها كمية من الطاقة مخزنة في الروابط أكبر من تلك الموجودة في المواد المتفاعلة في البداية.
نوع
هناك أنواع مختلفة من ردود الفعل الطاردة للحرارة في مختلف مجالات الكيمياء ، سواء في المختبر أو في الصناعة ؛ يتم تنفيذ بعضها تلقائيًا والبعض الآخر يحتاج إلى ظروف معينة أو نوع ما من المواد مثل المحفز المراد إنتاجه.
فيما يلي أهم أنواع ردود الفعل الطاردة للحرارة:
تفاعلات الاحتراق
تفاعلات الاحتراق هي تلك الخاصة بنوع الأكسدة والاختزال التي تحدث عندما تتفاعل مادة أو أكثر مع الأكسجين ، مما يؤدي عمومًا إلى إطلاق الطاقة الضوئية والحرارية - أي الضوء والحرارة - عند إنتاج اللهب.
ردود الفعل تحييد
تتميز تفاعلات التحييد بالتفاعل بين الأنواع الحمضية والمادة القلوية (القاعدة) لتشكيل الملح والماء ، والتي تظهر طبيعة طاردة للحرارة.
تفاعلات الأكسدة
هناك العديد من ردود الفعل من هذا النوع التي تُظهر سلوك طارد للحرارة ، لأن أكسدة الأكسجين تسبب إطلاق كمية كبيرة من الطاقة ، كما هو الحال في أكسدة الهيدروكربونات.
رد فعل النمل الأبيض
يمكن أن ينتج عن هذا التفاعل درجة حرارة تبلغ حوالي 3000 درجة مئوية ، وبسبب التقارب العالي لمسحوق الألمنيوم مع عدد كبير من أكاسيد المعادن ، يتم استخدامه في لحام الفولاذ والحديد.
تفاعل البلمرة
هذا النوع من التفاعل هو الذي ينشأ عندما يتفاعل عدد معين من الأنواع الكيميائية تسمى المونومرات ، وهي وحدات عندما تتكرر مجتمعة في سلاسل لتشكيل هياكل الجزيئات الكبيرة تسمى البوليمرات.
تفاعل الانشطار النووي
تشير هذه العملية إلى تقسيم نواة الذرة التي تعتبر ثقيلة - أي ، حيث يكون عدد الكتلة (A) أكبر من 200 - لإنتاج شظايا أو نوى ذات حجم أصغر مع كتلة وسيطة.
في هذا التفاعل ، حيث يتم تكوين واحد أو أكثر من النيوترونات ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة لأن اللب ذو الوزن الأعلى لديه استقرار أقل من منتجاته.
ردود الفعل الأخرى
هناك أيضًا تفاعلات طاردة للحرارة ذات أهمية كبيرة ، مثل تجفيف بعض الكربوهيدرات عند التفاعل مع حامض الكبريتيك ، أو امتصاص الماء الناتج عن هيدروكسيد الصوديوم المعرض للهواء الطلق أو أكسدة الأنواع المعدنية في العديد من تفاعلات التآكل.
أمثلة
فيما يلي بعض الأمثلة على تفاعلات الطاردة للحرارة ، والتي تنتج تباينًا في المحتوى الحراري له قيمة سلبية بسبب حقيقة أنها تطلق الطاقة ، كما ذكر أعلاه.
على سبيل المثال ، يعتبر احتراق البروبان رد فعل طارد للحرارة:
C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) → 3CO 2 (g) + 4H 2 O (l)
تظهر حالة أخرى من السلوك الطارد للحرارة من خلال تفاعل التحييد بين كربونات الصوديوم وحمض الهيدروكلوريك:
NaHCO 3 (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H 2 O (l) + CO 2 (g)
كما يتم تقديم أكسدة الإيثانول إلى حمض الخليك المستخدم في الكحول ، والذي يظهر تفاعله الكامل في المعادلة التالية:
3CH 3 CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → CH 3 COOH + 2Cr (SO 4 ) 3 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O
هناك فئة أخرى من تفاعلات الطاردة للحرارة هي ما يسمى تفاعل الثيرمايت ، حيث يتم الجمع بين الألومنيوم وأكسيد فلز ، كما هو موضح أدناه:
2Al (s) + Fe 2 O 3 (s) → Al 2 O 3 (s) + Fe (l)
بالإضافة إلى الأمثلة الموضحة أعلاه ، هناك مجموعة واسعة من ردود الفعل التي تعتبر أيضًا طاردة للحرارة ، مثل تحلل بعض مواد النفايات العضوية من أجل التسميد.
كما يسلط الضوء على أكسدة صبغة لوسيفيرين من خلال عمل إنزيم لوسيفيراز لإنتاج خاصية تلألؤ بيولوجي في اليراعات ، وحتى التنفس ، من بين العديد من التفاعلات الأخرى.
