EXOTHERME REACTIE: PROCES, TYPEN EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2026

De exotherme reactie is een soort chemische reactie waarbij een overdracht van energie plaatsvindt, voornamelijk in de vorm van het vrijkomen van warmte of licht. Bijvoorbeeld bij elke verbrandingsreactie, waarbij iets brandt, treedt een exotherme reactie op.

In de loop van het dagelijkse leven is het gebruikelijk om te zien hoe verschillende exotherme reacties op natuurlijke wijze plaatsvinden of worden veroorzaakt door veranderingen in de temperatuur op verschillende plaatsen. Deze temperatuurveranderingen kunnen worden gemeten met behulp van een thermometer.

Exotherme reactie waarbij warmte vrijkomt

In die zin kunnen exotherme reacties andere soorten energie overbrengen naar het medium waar ze worden gegenereerd, zoals gebeurt bij explosies en hun manier om kinetische en sonische energie over te dragen wanneer stoffen die zich bij hoge temperaturen in de gasfase bevinden, worden geëxpandeerd van gewelddadige manier.

Op dezelfde manier wordt in het geval van het gebruik van batterijen ook een exotherme reactie uitgevoerd, alleen in dit geval wordt elektrische energie getransporteerd.

Tegenover deze reacties staan ​​endotherme reacties, die energie absorberen.

Werkwijze

Het verbranden van een lucifer is een exotherme reactie

Eerder werd vermeld dat wanneer een exotherme reactie optreedt, er energie vrijkomt, wat gemakkelijker kan worden gevisualiseerd in de volgende vergelijking:

Reagens (en) → Product (en) + energie

Dus om de energie die door een systeem wordt geabsorbeerd of vrijgegeven te kwantificeren, wordt een thermodynamische parameter genaamd enthalpie (aangeduid als "H") gebruikt. Als er in een systeem (in dit geval een chemische reactie) energie vrijkomt naar de omgeving, dan zal de verandering in enthalpie (uitgedrukt als ΔH) een negatieve waarde hebben.

Anders, als de variatie van deze maatregel positief is, weerspiegelt het de opname van warmte uit de omgeving. Evenzo is de omvang van de verandering in de enthalpie van het systeem een ​​uitdrukking van de hoeveelheid energie die van of naar de omgeving wordt overgedragen.

Hoe groter de grootte van ΔH, hoe groter de afgifte van energie van het systeem naar de omgeving.

Dit komt doordat bij deze reacties de netto energie die vrijkomt bij het maken van nieuwe bindingen groter is dan de netto energie die wordt gebruikt bij de fragmentatie van de bindingen.

Uit het bovenstaande kan worden afgeleid dat deze klasse van reacties heel gebruikelijk is, omdat er bij de producten van de reactie een hoeveelheid energie is opgeslagen in de bindingen die groter is dan die welke aanvankelijk in de reactanten aanwezig was.

Soorten

Er zijn verschillende soorten exotherme reacties op de verschillende gebieden van de chemie, zowel in het laboratorium als in de industrie; sommige worden spontaan uitgevoerd en andere hebben specifieke omstandigheden nodig of een soort stof als katalysator die moet worden geproduceerd.

De belangrijkste soorten exotherme reacties worden hieronder opgesomd:

Verbrandingsreacties

Verbrandingsreacties zijn die van het redox-type die optreden wanneer een of meer stoffen reageren met zuurstof, meestal resulterend in het vrijkomen van licht en thermische energie - dat wil zeggen licht en warmte - wanneer een vlam wordt geproduceerd.

Neutralisatiereacties

Neutralisatiereacties worden gekenmerkt door de interactie tussen een zure soort en een alkalische stof (base) om een ​​zout en water te vormen, die een exotherme aard vertonen.

Oxidatiereacties

Er zijn veel van dit soort reacties die exotherm gedrag vertonen, omdat bij de oxidatie van zuurstof een grote hoeveelheid energie vrijkomt, zoals bij de oxidatie van koolwaterstoffen.

Thermiet reactie

Deze reactie kan een temperatuur van ongeveer 3000 ° C opleveren en wordt door de hoge affiniteit van aluminiumpoeder met een groot aantal metaaloxiden gebruikt bij het lassen van staal en ijzer.

Polymerisatiereactie

Dit type reactie is degene die ontstaat wanneer een bepaald aantal chemische soorten, monomeren genaamd, reageert, dit zijn eenheden die, wanneer ze worden gecombineerd, in ketens worden herhaald om macromoleculaire structuren te vormen die polymeren worden genoemd.

Kernsplijtingsreactie

Dit proces verwijst naar de deling van de kern van een atoom dat als zwaar wordt beschouwd - dat wil zeggen met een massagetal (A) groter dan 200 - om fragmenten of kernen te produceren van kleinere omvang met een tussenliggende massa.

Bij deze reactie, waarbij een of meer neutronen worden gevormd, komt een grote hoeveelheid energie vrij omdat de kern met een groter gewicht minder stabiliteit heeft dan zijn producten.

Andere reacties

Er zijn ook andere exotherme reacties die van groot belang zijn, zoals de dehydratie van sommige koolhydraten bij reactie met zwavelzuur, de opname van water door natriumhydroxide blootgesteld aan de buitenlucht of de oxidatie van metaalsoorten bij veel corrosiereacties.

Voorbeelden van exotherme reacties

Hieronder staan ​​enkele voorbeelden van exotherme reacties, die een variatie in enthalpie produceren die een negatieve waarde heeft doordat ze energie vrijgeven:

Een aangestoken kaars

Het verbrandingsproces van de paraffine en de pit van de kaars veroorzaakt een exotherme reactie die warmte en licht genereert.

Ontsteek een fosfor

Wanneer een lucifer wordt aangestoken, ontstaat er een reactie tussen de chemische stoffen waaruit het bestaat en de zuurstof in de lucht. Op deze manier wordt een exotherme reactie opgewekt die zowel licht als warmte produceert.

Ademen

Het ademhalingsproces veroorzaakt een exotherme reactie in cellen tijdens gasuitwisseling. Op deze manier wordt glucose samen met zuurstof omgezet in kooldioxide en warmte.

Brandhout branden

Het verbranden van hout veroorzaakt een exotherme reactie doordat het resulterende product van deze reactie zich manifesteert als warmte en temperatuur.

Propaanverbranding

De verbranding van propaan is bijvoorbeeld een spontane exotherme reactie:

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

Natriumcarbonaat - neutralisatiereactie met zoutzuur

Een ander geval van exotherm gedrag blijkt uit de neutralisatiereactie tussen natriumcarbonaat en zoutzuur:

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

Oxidatie van ethanol tot azijnzuur

De oxidatie van ethanol tot azijnzuur dat in blaastesters wordt gebruikt, wordt ook weergegeven, waarvan de volledige reactie wordt weergegeven in de volgende vergelijking:

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

Thermiet reactie

Een ander soort exotherme reactie is de zogenaamde thermietreactie, waarbij aluminium wordt gecombineerd met een metaaloxide, zoals hieronder geïllustreerd:

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

Staalkrullen + azijn

Dit mengsel werkt als een vorm van langzame verbranding waarbij het staal een oxidatieproces ondergaat dankzij de werking van azijn.

"Blaffende hond"

Deze reactie krijgt deze naam omdat het een geluid afgeeft dat lijkt op dat van het geblaf van de hond.

Deze reactie vindt plaats in een laboratoriumbuis waar lachgas en stikstofoxide en koolstofbisulfaat worden gemengd.

Glazen fles + alcohol

Vergelijkbaar met de reactie die wordt gegenereerd door het bovengenoemde experiment, is die van het wrijven van een glazen fles met alcohol op een zodanige manier dat er een vlam ontstaat.

Wasmiddel + water

Wanneer wasmiddelzeep wordt opgelost, kan een exotherme reactie worden waargenomen. Dit is een van de gemakkelijkst waarneembare voorbeelden van exotherme reacties in huis.

Olifant tandpasta

Dit is een experiment dat vaak wordt gebruikt om de dynamiek van exotherme reacties te verklaren. Het bestaat uit het oplossen van waterstofperoxide in een zeepachtig medium, zodat op deze manier een grote hoeveelheid schuim ontstaat.

Aan dit mengsel wordt een katalysator (kaliumjodide) toegevoegd, die de snelle ontleding van het peroxide bevordert.

Zwavelzuur + suiker

Het dehydratatieproces van suiker veroorzaakt een duidelijke exotherme reactie. Wanneer je zwavelzuur mengt met suiker, wordt het uitgedroogd en verschijnt er een kolom zwarte rook, waardoor de omgeving ruikt naar verbrande botten.

Natrium + water

Natrium of een alkalisch medium reageert sterk met water. Wanneer een alkalimetaal aan het water wordt toegevoegd (lithium, natrium, kalium, rubidium of cesium), moet het reageren.

In de mate dat het nummer van het element hoger is in het periodiek systeem, zal de reactie sterker zijn.

Natriumacetaat

Natriumacetaat staat bekend als heet ijs. Dit materiaal begint bij de kristallisatie van bevroren oplossingen die, in plaats van koude vrij te geven, warmte vrijgeven.

Vanwege zijn uiterlijk wordt het "ijs" genoemd, maar gekristalliseerd natriumacetaat is eigenlijk een van de meest gebruikte materialen om handwarmers te maken.

Frisdrank + azijn

Dit mengsel produceert een exotherme reactie die grote hoeveelheden schuim genereert, daarom wordt het vaak gebruikt om op de explosie van een vulkaan te lijken.

De geest in de fles

In dit experiment wordt waterstofperoxide (waterstofperoxide) gemengd met kaliumpermanganaat. Op deze manier breekt permanganaat waterstofperoxide af, waardoor een grote hoeveelheid rook en warmte vrijkomt.

Explosieve gummyberen

Gummyberen zijn rijk aan sucrose (suiker), een stof die, wanneer ze bij hoge temperaturen wordt gemengd met kaliumchloraat, een gewelddadige explosie en beweging van gummiberen veroorzaakt.

Bliksem in een buis

Deze reactie treedt op wanneer een bijtend zuur wordt gemengd met alcohol of aceton.

Op deze manier kan een krachtige chemische reactie worden waargenomen die resulteert in het genereren van licht in een buis vergelijkbaar met dat van bliksem.

Bevries water

Tijdens dit proces geeft het water energie af in de vorm van warmte, dus wanneer waterkubussen bevriezen, vindt er een exotherme reactie plaats.

Corrosie van metalen

Zuivere metalen, dat wil zeggen in hun natuurlijke staat wanneer ze in contact komen met lucht, produceren een oxidatiereactie samen met de opwekking van warmte, daarom wordt gezegd dat dit proces exotherm is.

Gasverbrandingsproces

Het verbrandingsproces van elk gas, zoals methaan of aardgas, veroorzaakt een exotherme reactie die zich manifesteert in het genereren van warmte en in sommige gevallen, wanneer verbranding op een gecontroleerde manier plaatsvindt, kan het ook licht produceren.

Andere

Naast de eerder toegelichte voorbeelden is er een grote variatie aan reacties die ook als exotherm worden beschouwd, zoals de afbraak van bepaalde organische stoffen in afval voor compostering.

Het benadrukt ook de oxidatie van het luciferinepigment door de werking van het luciferase-enzym om de karakteristieke bioluminescentie van vuurvliegjes te produceren, en zelfs ademhaling, naast vele andere reacties.

Referenties

1. Wikipedia. (sf). Exotherme reactie. Opgehaald van es.wikipedia.org
2. BBC. (sf). Energieveranderingen en omkeerbare reacties. Opgehaald van bbc.co.uk
3. Chang, R. (2007). Chemistry, negende editie. (McGraw-Hill).
4. Walker, D. (2007). Chemische reacties. Opgehaald van books.google.co.ve
5. Saunders, N. (2007). Onderzoek naar chemische reacties. Opgehaald van books.google.co.ve