science >> Wetenschap >  >> Chemie

Welke rol speelt warmte bij chemische reacties?

Omdat het een vorm van energie is, speelt warmte meerdere belangrijke rollen in chemische reacties. In sommige gevallen hebben reacties warmte nodig om te beginnen; bijvoorbeeld, een kampvuur vereist een lucifer en aanmaakhout om het te starten. Reacties verbruiken warmte of produceren deze afhankelijk van de betrokken chemicaliën. Warmte bepaalt ook de snelheid waarmee reacties optreden en of deze in een voorwaartse of achterwaartse richting verlopen.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Over het algemeen helpt warmte een chemische reactie versnellen of een chemische reactie veroorzaken die anders niet zou kunnen optreden.
Endotherme en exotherme reacties

Veel bekende chemische reacties, zoals het verbranden van kolen, roest en exploderend buskruit , warmte afgeven; chemici noemen deze reacties exotherm. Omdat reacties warmte vrijmaken, verhogen ze de omgevingstemperatuur. Andere reacties, zoals het combineren van stikstof en zuurstof om stikstofoxide te vormen, nemen warmte op en verlagen de omgevingstemperatuur. Omdat ze warmte uit hun omgeving verwijderen, zijn deze reacties endotherm. Veel reacties verbruiken en produceren warmte, maar als het netto resultaat is om warmte af te geven, is de reactie exotherm; anders is het endotherm.
Warmte en moleculaire kinetische energie

Warmte-energie manifesteert zich als willekeurige bewegingen van moleculen in materie; naarmate de temperatuur van een stof stijgt, trillen de moleculen ervan en stuiteren ze met meer energie en met hogere snelheden. Bij bepaalde temperaturen overwinnen trillingen de krachten waardoor moleculen aan elkaar blijven kleven, waardoor vaste stoffen in vloeistoffen smelten en vloeistoffen in gassen koken. Gassen reageren op warmte met een toename van de druk wanneer moleculen met grotere kracht tegen hun container botsen.
Arrhenius-vergelijking

Een wiskundige formule genaamd de Arrhenius-vergelijking koppelt de snelheid van een chemische reactie aan zijn temperatuur. Bij absoluut nul, een theoretische temperatuur die niet kan worden bereikt in een realistische laboratoriumomgeving, is warmte volledig afwezig en bestaan chemische reacties niet. Naarmate de temperatuur stijgt, vinden er reacties plaats. Over het algemeen betekenen hogere temperaturen hogere reactiesnelheden; naarmate moleculen sneller bewegen, is de kans groter dat reactantmoleculen interactie aangaan, waardoor producten worden gevormd.
Le Chatelier's principe en warmte

Sommige chemische reacties zijn omkeerbaar: reagentia worden gecombineerd om producten te vormen, en producten herschikken zichzelf in reactanten . De ene richting geeft warmte af en de andere verbruikt het. Wanneer een reactie hoe dan ook met gelijke waarschijnlijkheid kan gebeuren, zeggen chemici dat deze in evenwicht is. Het principe van Le Chatelier stelt dat voor reacties in evenwicht, het toevoegen van meer reactanten aan de mix de voorwaartse reactie waarschijnlijker maakt en het omgekeerde minder. Omgekeerd maakt het toevoegen van meer producten de omgekeerde reactie waarschijnlijker. Voor een exotherme reactie is warmte een product; als je warmte toevoegt aan een exotherme reactie in evenwicht, maak je de omgekeerde reactie waarschijnlijker.