التفاعل الطارد للحرارة: العملية والأنواع والأمثلة - كيمياء - 2024

و تفاعل طارد للحرارة هو نوع من التفاعل الكيميائي الذي نقل الطاقة يحدث، وذلك أساسا في شكل الافراج عن الحرارة أو الضوء. على سبيل المثال ، أي تفاعل احتراق ، حيث يحترق شيء ما ، يحدث تفاعل طارد للحرارة.

في مجرى الحياة اليومية ، من الشائع أن نرى كيف تحدث تفاعلات طاردة للحرارة مختلفة بشكل طبيعي أو تحدث بسبب تغيرات في درجة حرارة الأماكن المختلفة. يمكن قياس هذه التغيرات في درجات الحرارة بمساعدة مقياس حرارة.

تفاعل طارد للحرارة مع إطلاق حرارة

بهذا المعنى ، يمكن للتفاعلات الطاردة للحرارة أن تنقل أنواعًا أخرى من الطاقة إلى الوسط الذي تتولد فيه ، كما يحدث مع الانفجارات وطريقتها في نقل الطاقة الحركية والصوتية عندما يتم توسيع المواد الموجودة في الطور الغازي عند درجات حرارة عالية من بطريقة عنيفة.

بنفس الطريقة ، في حالة استخدام البطاريات ، يتم أيضًا إجراء تفاعل من النوع الطارد للحرارة ، فقط في هذه الحالة يتم نقل الطاقة الكهربائية.

على عكس هذه التفاعلات ، توجد تفاعلات ماصة للحرارة تمتص الطاقة.

معالجة

احتراق عود ثقاب هو رد فعل طارد للحرارة

سبق ذكره أنه عند حدوث تفاعل طارد للحرارة ، يحدث إطلاق للطاقة ، والتي يمكن تصورها بسهولة أكبر في المعادلة التالية:

الكاشف (الكواشف) ← المنتج (المنتجات) + الطاقة

لذلك ، لتحديد كمية الطاقة التي يمتصها النظام أو يطلقها ، يتم استخدام معلمة ديناميكية حرارية تسمى المحتوى الحراري (يُشار إليها باسم "H"). إذا حدث في نظام ما (في هذه الحالة تفاعل كيميائي) إطلاق للطاقة باتجاه البيئة المحيطة ، فإن التغير في المحتوى الحراري (معبرًا عنه بـ ΔH) سيكون له قيمة سالبة.

خلاف ذلك ، إذا كان الاختلاف في هذا المقياس موجبًا ، فإنه يعكس امتصاص الحرارة من المناطق المحيطة. وبالمثل ، فإن حجم التغيير في المحتوى الحراري للنظام هو تعبير عن كمية الطاقة التي يتم نقلها من أو إلى البيئة.

كلما زاد حجم ΔH ، زاد إطلاق الطاقة من النظام إلى البيئة المحيطة.

يحدث هذا لأن الطاقة الصافية التي يتم إطلاقها عند إنشاء روابط جديدة في هذه التفاعلات تكون أكبر من صافي الطاقة المستخدمة في تفتيت الروابط.

مما سبق يمكن استنتاج أن هذه الفئة من التفاعلات شائعة جدًا ، لأن منتجات التفاعل تحتوي على كمية من الطاقة المخزنة في الروابط أكبر من تلك الموجودة في المواد المتفاعلة في البداية.

أنواع

هناك أنواع مختلفة من التفاعلات الطاردة للحرارة في مختلف مجالات الكيمياء ، سواء في المختبر أو في الصناعة ؛ يتم تنفيذ بعضها تلقائيًا والبعض الآخر يحتاج إلى شروط محددة أو نوع من المواد كمحفز ليتم إنتاجه.

فيما يلي أهم أنواع التفاعلات الطاردة للحرارة:

تفاعلات الاحتراق

تفاعلات الاحتراق هي تلك من نوع الأكسدة والاختزال التي تحدث عندما تتفاعل مادة أو أكثر مع الأكسجين ، مما يؤدي عمومًا إلى إطلاق الضوء والطاقة الحرارية - أي الضوء والحرارة - عند إنتاج اللهب.

تفاعلات التعادل

تتميز تفاعلات التحييد بالتفاعل بين نوع حمضي ومادة قلوية (قاعدية) لتكوين ملح وماء ، مما يظهر طبيعة طاردة للحرارة.

تفاعلات الأكسدة

هناك العديد من التفاعلات من هذا النوع التي تُظهر سلوكًا طاردًا للحرارة ، لأن أكسدة الأكسجين تؤدي إلى إطلاق كمية كبيرة من الطاقة ، كما يحدث في أكسدة الهيدروكربونات.

تفاعل الثرمايت

يمكن أن ينتج عن هذا التفاعل درجة حرارة تقارب 3000 درجة مئوية ، وبسبب التقارب العالي لمسحوق الألومنيوم مع عدد كبير من أكاسيد المعادن ، يتم استخدامه في لحام الفولاذ والحديد.

تفاعل البلمرة

هذا النوع من التفاعل هو النوع الذي ينشأ عندما يتفاعل عدد معين من الأنواع الكيميائية تسمى المونومرات ، وهي وحدات تتكرر عند دمجها في سلاسل لتشكيل هياكل جزيئية كبيرة تسمى البوليمرات.

تفاعل الانشطار النووي

تشير هذه العملية إلى تقسيم نواة ذرة تعتبر ثقيلة - أي مع عدد كتلي (أ) أكبر من 200 - لإنتاج شظايا أو نوى ذات حجم أصغر مع كتلة وسيطة.

في هذا التفاعل ، حيث يتم تكوين نيوترون واحد أو أكثر ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة لأن النواة ذات الوزن الأكبر لها ثبات أقل من نواتجها.

ردود أفعال أخرى

هناك أيضًا تفاعلات طاردة للحرارة أخرى ذات صلة كبيرة ، مثل تجفيف بعض الكربوهيدرات عند التفاعل مع حمض الكبريتيك ، أو امتصاص الماء الناتج عن هيدروكسيد الصوديوم المعرض للهواء المفتوح أو أكسدة الأنواع المعدنية في العديد من تفاعلات التآكل.

أمثلة على التفاعلات الطاردة للحرارة

فيما يلي بعض الأمثلة على التفاعلات الطاردة للحرارة ، والتي تنتج تباينًا في المحتوى الحراري له قيمة سلبية بسبب حقيقة أنها تطلق الطاقة:

شمعة مضاءة

تنتج عملية احتراق البارافين وفتيل الشمعة تفاعلًا طاردًا للحرارة يولد حرارة وضوءًا.

أشعل الفوسفور

عندما يتم إشعال عود ثقاب ، يتم إنشاء تفاعل بين المواد الكيميائية التي تتكون منها والأكسجين الموجود في الهواء. بهذه الطريقة ، يتم إنشاء تفاعل طارد للحرارة ينتج عنه كل من الضوء والحرارة.

عمليه التنفس

تنتج عملية التنفس تفاعلًا طاردًا للحرارة داخل الخلايا أثناء تبادل الغازات. بهذه الطريقة ، يتحول الجلوكوز مع الأكسجين إلى ثاني أكسيد الكربون والحرارة.

حرق الحطب

ينتج عن حرق الأخشاب تفاعل طارد للحرارة حيث يتجلى الناتج الناتج عن هذا التفاعل في صورة حرارة ودرجة حرارة.

احتراق البروبان

على سبيل المثال ، يعتبر احتراق البروبان تفاعل طارد للحرارة تلقائيًا:

C ₃ H ₈ (g) + 5O ₂ (g) → 3CO ₂ (g) + 4H ₂ O (l)

كربونات الصوديوم - تفاعل معادلة حمض الهيدروكلوريك

تظهر حالة أخرى من السلوك الطارد للحرارة من خلال تفاعل التعادل بين كربونات الصوديوم وحمض الهيدروكلوريك:

NaHCO ₃ (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H ₂ O (l) + CO ₂ (g)

أكسدة الإيثانول إلى حمض الخليك

يتم أيضًا عرض أكسدة الإيثانول إلى حمض الأسيتيك المستخدم في أجهزة التنفس ، ويظهر التفاعل الكامل لها 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

تفاعل الثرمايت

نوع آخر من التفاعلات الطاردة للحرارة هو ما يسمى تفاعل الثرمايت ، حيث يتحد الألمنيوم مع أكسيد فلز ، كما هو موضح أدناه:

2Al (s) + Fe ₂ O ₃ (s) → Al ₂ O ₃ (s) + Fe (l)

نجارة فولاذية + خل

يعمل هذا الخليط كشكل من أشكال الاحتراق البطيء حيث يخضع الفولاذ لعملية أكسدة بفضل عمل الخل.

"كلب ينبح"

يُطلق على رد الفعل هذا الاسم لأنه يصدر صوتًا مشابهًا لصوت نباح الكلب.

يحدث هذا التفاعل داخل أنبوب معمل حيث يتم خلط أكسيد النيتروز وأكسيد النيتريك وثنائي كبريتات الكربون.

زجاجة + كحول

على غرار التفاعل الناتج عن التجربة المذكورة أعلاه ، يتم فرك زجاجة زجاجية بالكحول بطريقة ينتج عنها لهب.

منظف ​​الغسيل + ماء

عندما يتم إذابة صابون منظف الغسيل ، يمكن رؤية تفاعل طارد للحرارة. هذا هو أحد الأمثلة التي يمكن ملاحظتها بسهولة للتفاعلات الطاردة للحرارة في المنزل.

معجون أسنان الفيل

هذه تجربة شائعة الاستخدام لشرح ديناميكيات التفاعلات الطاردة للحرارة. وهو يتألف من إذابة بيروكسيد الهيدروجين في بعض وسائط الصابون ، بحيث يتم إنتاج كمية كبيرة من الرغوة بهذه الطريقة.

يضاف إلى هذا الخليط محفز (يوديد البوتاسيوم) مما يساعد على التحلل السريع للبيروكسيد.

حامض الكبريتيك + سكر

تنتج عملية تجفيف السكر تفاعلًا طاردًا للحرارة واضحًا. عندما تخلط حامض الكبريتيك مع السكر ، فإنه يجف ويظهر عمود من الدخان الأسود ، مما يتسبب في رائحة البيئة مثل العظام المحترقة.

صوديوم + ماء

يتفاعل الصوديوم أو أي وسط قلوي بقوة مع الماء. عند إضافة أي معدن قلوي إلى الماء (الليثيوم ، الصوديوم ، البوتاسيوم ، الروبيديوم أو السيزيوم) يجب أن يتفاعل.

إلى الحد الذي يكون فيه رقم العنصر أعلى في الجدول الدوري ، سيكون رد الفعل أقوى.

أسيتات الصوديوم

تُعرف أسيتات الصوديوم بالثلج الساخن. تبدأ هذه المادة من تبلور المحاليل المجمدة التي تطلق الحرارة بدلاً من إطلاق البرودة.

بسبب مظهره ، يطلق عليه "الجليد" ، لكن أسيتات الصوديوم المتبلورة هي في الواقع واحدة من أكثر المواد شيوعًا المستخدمة في صناعة تدفئة اليد.

صودا + خل

ينتج هذا الخليط تفاعلًا طاردًا للحرارة ينتج عنه كميات كبيرة من الرغوة ، لذلك يستخدم بشكل شائع لتشبه انفجار البركان.

الجني في الزجاجة

في هذه التجربة ، يتم خلط بيروكسيد الهيدروجين (بيروكسيد الهيدروجين) مع برمنجنات البوتاسيوم. بهذه الطريقة ، يقوم البرمنجنات بتكسير بيروكسيد الهيدروجين ، مما يتسبب في إطلاق كمية كبيرة من الدخان والحرارة.

المتفجرات الدببة الصمغية

الدببة الصمغية غنية بالسكروز (السكر) ، وهي مادة عند مزجها مع كلورات البوتاسيوم في درجات حرارة عالية ، تنتج انفجارًا عنيفًا وحركة الدببة الصمغية.

البرق في الأنبوب

يحدث هذا التفاعل عند خلط حمض أكال مع الكحول أو الأسيتون.

بهذه الطريقة ، يمكن رؤية تفاعل كيميائي قوي ينتج عنه توليد ضوء داخل أنبوب مشابه لأنبوب البرق.

مياه متجمدة

خلال هذه العملية ، يطلق الماء طاقة على شكل حرارة ، لذلك عندما تتجمد مكعبات الماء ، يحدث تفاعل طارد للحرارة.

تآكل المعادن

المعادن النقية ، أي في حالتها الطبيعية عندما تتلامس مع الهواء تنتج تفاعل أكسدة مع توليد الحرارة ، لذلك يقال أن هذه العملية طاردة للحرارة.

عملية احتراق الغاز

تنتج عملية احتراق أي غاز ، مثل الميثان أو الغاز الطبيعي ، تفاعلًا طاردًا للحرارة يتجلى في توليد الحرارة وفي بعض الحالات ، عندما يحدث الاحتراق بطريقة محكومة ، يمكن أن ينتج الضوء أيضًا.

آخر

بالإضافة إلى الأمثلة الموضحة سابقًا ، هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من التفاعلات التي تعتبر أيضًا طاردة للحرارة ، مثل تحلل بعض المواد العضوية من النفايات من أجل التسميد.

كما أنه يسلط الضوء على أكسدة صبغة اللوسيفيرين من خلال عمل إنزيم لوسيفيراز لإنتاج تلألؤ بيولوجي مميز لليراعات ، وحتى التنفس ، من بين العديد من التفاعلات الأخرى.

المراجع

1. ويكيبيديا. (سادس). تفاعل طارد للحرارة. تم الحصول عليها من es.wikipedia.org
2. بي بي سي. (سادس). تغيرات الطاقة وردود الفعل العكسية. تعافى من bbc.co.uk
3. تشانغ ، ر. (2007). الكيمياء ، الطبعة التاسعة. (ماكجرو هيل).
4. ووكر ، د. (2007). التفاعلات الكيميائية. تعافى من books.google.co.ve
5. سوندرز ، ن. (2007). استكشاف التفاعلات الكيميائية. تم الحصول عليها من books.google.co.ve