Чому відбувається хімічна реакція? Реакції екзотермічні і ендотермічні

Реакція метану з киснем повітря, як відомо, супроводжується виділенням великої кількості тепла. Тому її використовують у побуті для:

  • приготування їжі;
  • нагрівання води;
  • опалення.

Природний газ, який надходить в будинки по трубах, на 98% складається саме з метану.

Реакція оксиду кальцію (СаО) з водою теж супроводжується виділенням великої кількості тепла.

Про що можуть говорити ці факти? При утворенні нових хімічних зв’язків у продуктах реакції виділяється більше енергії, ніж потрібно на розрив хімічних зв’язків у реагентах. Надлишок енергії виділяється у вигляді тепла, а іноді і світла (дивіться досліди в цьому параграфі).

  • СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + енергія (світло, тепло);
  • СаО + Н2О = Са (ОН)2 + енергія (тепло).

Такі реакції повинні протікати легко (як легко котиться під гору камінь).

Реакції, в яких енергія виділяється, називаються екзотермічними (від латинського “екзо” – назовні).

Вулкан – розкладання дихромата амонія. Наприклад, деякі окислювально-відновні реакції є екзотермічними. Одна з таких гарних реакцій – внутрішньомолекулярне окислення-відновлення, що протікає усередині однієї і тієї ж солі – дихромата амонію (NH4) 2Cr2O7:

  • (NH4) 2Cr2O7 = N2 + Cr2O3 + 4H2O + енергія.

Інша справа – зворотня реакції. Вони аналогічні закочуванню каменю в гору. Отримати метан з CO2 і води до цих пір не вдається, а для отримання негашеного вапна СаО з гідроксиду кальцію Са(ОН)2 потрібне сильне нагрівання. Така реакція йде тільки при постійному припливі енергії ззовні:

  • Са(ОН)2 + енергія (тепло) = СаО + Н2О

Це говорить про те, що розрив хімічних зв’язків у Ca(OH)2 вимагає більшої енергії, ніж може виділитися при утворенні нових хімічних зв’язків у молекулах CaO і H2O.

Реакції, в яких енергія поглинається, називаються ендотермічними (від “ендо” – всередину).

Навіть екзотермічна реакція не обов’язково починається відразу, як тільки ми змішаємо реагенти. Якщо відкрити конфорку газової плити, то метан негайно входить в зіткнення з киснем повітря, але не реагує з ним (не загорається). Для того, щоб з’явився постійно палаючий вогонь (а це ознака перебігу хімічної реакції), до конфорки потрібно піднести запалений сірник.

Якщо не зробити цього відразу ж, то метан буде поступово заповнювати приміщення, не реагуючи з киснем. Це дуже небезпечно.

  • По-перше, метаном не можна дихати.
  • по-друге, метан, що накопичився в приміщенні (він тепер змішаний з киснем повітря!) може вибухнути від будь-якої маленької іскри.

Іскра або сірник служать ініціатором реакції. Ініціювання подібно невеликому зусиллю, яке треба докласти, щоб зіштовхнути вниз знаходячого на схилі гори камінь. Надалі енергія для вступу в реакцію все нових і нових молекул черпається з тепла, що виділяється в ході реакції (якщо реакція екзотермічна).

Виділення світла в хімічній реакції

Ознакою перебігу хімічної реакції не обов’язково є вогонь, вибух, виділення або поглинання тепла. Про протіканні реакції може говорити і виділення газу, випадання осаду, зміна кольору розчину або навіть його світіння! У той же час є багато реакцій, які протікають непомітно для ока. Однак і в них відбувається зникнення одних і виникнення інших речовин.

Наприклад, у нашому організмі протікає величезна кількість хімічних перетворень. Ймовірно, людська думка – теж результат складних хімічних реакцій. Поки ви читаєте цей параграф, у вашій голові сталося кілька цікавих хімічних перетворень, що забезпечують розуміння і запам’ятовування прочитаного. Утворилися нові молекули, яких раніше не було. У них тепер “записана” інформація про екзотермічні і ендотермічні реакції.

Посилання на основну публікацію