Che cos’è una reazione esotermica?

Gerald R. Van Hecke, professore di Chimica all’Harvey Mudd College, fornisce la seguente risposta:

Possiamo tutti apprezzare che l’acqua non bolle spontaneamente a temperatura ambiente; invece dobbiamo riscaldarla., Poiché dobbiamo aggiungere calore, l’acqua bollente è un processo che i chimici chiamano endotermico. Chiaramente, se alcuni processi richiedono calore, altri devono emettere calore quando hanno luogo. Questi sono noti come esotermici. Ai fini di questa discussione, i processi che richiedono o emettono calore saranno limitati a cambiamenti di stato, noti come cambiamenti di fase e cambiamenti nella costituzione chimica o reazioni chimiche.

I cambiamenti di stato comportano una fusione solida, un congelamento liquido, una bollitura liquida o una condensazione di gas. Quando il vapore, che è acqua gassosa, si condensa, il calore viene rilasciato., Allo stesso modo quando l’acqua liquida si congela, il calore viene emesso. Infatti il calore deve essere continuamente rimosso dall’acqua di congelamento o il processo di congelamento si fermerà. La nostra esperienza ci rende facile capire che per far bollire l’acqua o qualsiasi liquido e quindi convertire in un gas, è necessario il calore e il processo è endotermico. È meno intuitivo capire che quando un gas si condensa in un liquido, il calore viene emesso e il processo è esotermico.

Forse è più facile spiegare un cambiamento di fase esotermico usando il seguente argomento., L’acqua liquida doveva avere energia messa in esso per diventare vapore, e quell’energia non è persa. Invece, viene trattenuto dalle molecole di acqua gassosa. Quando queste molecole si condensano per formare nuovamente acqua liquida, l’energia immessa nel sistema deve essere rilasciata. E questa energia immagazzinata viene rilasciata come calore esotermico. Lo stesso argomento può essere fatto per il processo di congelamento: l’energia viene messa in un liquido durante la fusione, quindi il congelamento del liquido in un solido restituisce nuovamente quell’energia all’ambiente circostante.

Come i cambiamenti di fase, possono verificarsi reazioni chimiche con l’applicazione o il rilascio di calore., Quelli che richiedono calore a verificarsi sono descritti come endotermico, e quelli che rilasciano calore come esotermico. Anche se siamo generalmente abbastanza familiari con i cambiamenti di fase endotermici, probabilmente siamo ancora più familiari con le reazioni chimiche esotermiche: quasi tutti hanno sperimentato il calore di un camino o di un falò. La combustione del legno fornisce calore attraverso la reazione chimica esotermica dell’ossigeno (O) con la cellulosa (C6H10O5), il principale componente chimico del legno, per produrre anidride carbonica (CO2), vapore (H2O) e calore., La reazione chimica che descrive il processo è C6H10O5 + 6O2 = 6CO2 + 5H2O + calore.

Nell’era spaziale di oggi, probabilmente tutti hanno visto un lancio di razzi in televisione o, se fortunati, di persona. Ciò che alimenta quei razzi sono reazioni chimiche altamente esotermiche. Un combustibile per razzi utilizza una miscela di perclorato di ammonio solido (NH4ClO4) e metallo di alluminio (Al) per produrre un ossido di alluminio solido, gas acido cloridrico, gas dinitrogeno, vapore e calore: La reazione chimica può essere descritta come 6NH4ClO4 + 10Al = 5Al2O3 + 6HCl + 3N2 + 9H2O + calore.,

I grandi flutti di nuvole bianche visti dietro i razzi lanciati sono in realtà i gas prodotti che disperdono la polvere bianca di ossido di alluminio. Da dove viene l’energia termica esotermica? Il calore proviene dall’energia immagazzinata nei legami chimici delle molecole reagenti greater che è maggiore dell’energia immagazzinata nei legami chimici delle molecole del prodotto. Nelle reazioni chimiche endotermiche, la situazione è invertita: più energia chimica è immagazzinata nei legami delle molecole del prodotto che nei legami delle molecole reagenti.