תגובה אקזוטית: תהליך, סוגים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

תגובה אקסותרמית היא סוג של תגובה כימית שבה העברה של אנרגיה מתרחשת, בעיקר בצורה של שחרור חום או אור. לדוגמא, כל תגובה בעירה, שבה משהו נשרף, מתרחשת תגובה אקזוטית.

במהלך חיי היומיום מקובל לראות כיצד תגובות אקזותרמיות שונות מתרחשות באופן טבעי או נגרמות כתוצאה מגרימת שינויים בטמפרטורה של מקומות שונים. ניתן למדוד את השינויים בטמפרטורה בעזרת מדחום.

תגובה אקזוטית עם שחרור חום

במובן זה, תגובות אקזוטריות יכולות להעביר סוגים אחרים של אנרגיה למדיום בו הם נוצרים, כפי שקורה בפיצוצים ודרכם להעביר אנרגיה קינטית וקולית כאשר חומרים שנמצאים בשלב הגזי בטמפרטורות גבוהות מורחבים מ דרך אלימה.

באותו אופן, במקרה של שימוש בסוללות מתבצעת גם תגובה מסוג אקזוטי, רק במקרה זה מועברת אנרגיה חשמלית.

מול התגובות הללו ניצבים תגובות אנדותרמיות הסופגות אנרגיה.

תהליך

בעירה של גפרור היא תגובה אקזוטית

הוזכר בעבר שכאשר מתרחשת תגובה אקסותרמית, מתרחשת שחרור אנרגטי, שניתן לדמיין ביתר קלות במשוואה הבאה:

מגיב (ים) → מוצר (ים) + אנרגיה

לכן, כדי לכמת את האנרגיה שנקלטת או משתחררת על ידי מערכת, משתמשים בפרמטר תרמודינמי הנקרא אנטלפיה (המכונה "H"). אם במערכת (במקרה זה, תגובה כימית) יש שחרור של אנרגיה כלפי הסביבה, אז לשינוי באנטלפיה (שבאה לידי ביטוי כ- H) יהיה ערך שלילי.

אחרת, אם השונות של מידה זו חיובית, היא משקפת את ספיגת החום מהסביבה. כמו כן, גודל השינוי באנטלפיה של המערכת הוא ביטוי לכמות האנרגיה המועברת לסביבה או ממנה.

ככל שעוצמת ΔH גדולה יותר, כך שחרור האנרגיה מהמערכת לסביבה הסובבת גדול יותר.

זה קורה מכיוון שבתגובות אלה האנרגיה נטו המשתחררת כאשר נוצרים קשרים חדשים גדולה מהאנרגיה נטו המשמשת בפיצול הקשרים.

מהאמור לעיל ניתן להסיק כי סוג זה של תגובות נפוץ מאוד, מכיוון שלתוצרי התגובה יש כמות אנרגיה המאוחסנת בקשרים שהיא גדולה מזו שהכילה בתגובות בתחילה.

סוגים

ישנם סוגים שונים של תגובות אקזוטריות בתחומי הכימיה השונים, בין אם במעבדה או בתעשייה; חלקם מתבצעים באופן ספונטני ואחרים זקוקים לתנאים ספציפיים או חומר מסוג כלשהו כזרז לייצור.

להלן הסוגים החשובים ביותר של תגובות אקזוותרמיות:

תגובות בעירה

תגובות בעירה הן אלו מהסוג redox המתרחשות כאשר חומר אחד או יותר מגיבים עם חמצן, בדרך כלל כדי לגרום לשחרור של אור ואנרגיה תרמית - כלומר אור וחום - כאשר נוצרת להבה.

תגובות נטרול

תגובות הניטרול מאופיינות על ידי יחסי גומלין בין מין חומצי לחומר בסיסי (בסיס) ליצירת מלח ומים, המבטאים אופי אקזוטי.

תגובות חמצון

ישנן תגובות רבות מסוג זה המראות התנהגות אקזוטית, מכיוון שחמצון חמצן גורם לשחרור כמות גדולה של אנרגיה, כפי שמתרחשת בחמצון הפחמימנים.

תגובת תרמיט

תגובה זו יכולה לייצר טמפרטורה של בערך 3000 מעלות צלזיוס, ובשל הזיקה הגבוהה של אבקת אלומיניום עם מספר רב של תחמוצות מתכת, היא משמשת לריתוך של פלדה וברזל.

תגובת פולימר

סוג זה של תגובה הוא זה שמקורו כשמספר מסוים של מינים כימיים המכונים מונומרים מגיבים, שהם יחידות שבשילובם חוזרים על עצמם בשרשראות ליצירת מבנים מקרומולקולריים הנקראים פולימרים.

תגובת ביקוע גרעינית

תהליך זה מתייחס לחלוקת הגרעין של אטום הנחשב כבד - שיש לו מספר מסה (A) גדול מ- 200- כדי לייצר שברים או גרעינים בגודל קטן יותר עם מסה ביניים.

בתגובה זו, בה נוצרים נייטרונים אחד או יותר, משתחררת כמות גדולה של אנרגיה מכיוון שלגרעין בעל משקל גדול יותר יש פחות יציבות מתוצריו.

תגובות אחרות

ישנן גם תגובות אקזותרמיות אחרות בעלות רלוונטיות רבה, כמו התייבשות של כמה פחמימות בעת התגובה עם חומצה גופרתית, ספיגת מים המוצגת על ידי נתרן הידרוקסיד שנחשף לאוויר הפתוח או חמצון של מינים מתכתיים בתגובות קורוזיה רבות.

דוגמאות לתגובות אקסותרמיות

להלן מספר דוגמאות לתגובות אקסותרמיות, המייצרות שונות באנטלפיה שיש לה ערך שלילי בגלל העובדה שהם משחררים אנרגיה:

נר דולק

תהליך הבעירה של הפרפין ופתילת הנר מייצר תגובה אקזוטית המייצרת חום ואור.

להצית זרחן

כשמדליק גפרור נוצרת תגובה בין החומרים הכימיים המרכיבים אותו לבין החמצן הקיים באוויר. בדרך זו נוצרת תגובה אקסותרמית המייצרת אור וגם חום.

נְשִׁימָה

תהליך הנשימה מייצר תגובה אקסותרמית בתוך תאים במהלך חילופי הגזים. באופן זה גלוקוז יחד עם חמצן הופכים לפחמן דו חמצני ולחום.

עצי הסקה בוערים

שריפת עץ מייצרת תגובה אקסותרמית בכך שהתוצר המתקבל של תגובה זו מתבטא כחום וטמפרטורה.

בעירה של פרופאן

לדוגמא, בעירה של פרופאן היא תגובה אקזוותרמית ספונטנית:

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

נתרן קרבונט - תגובה לנטרול חומצה הידרוכלורית

מקרה נוסף של התנהגות אקזוטית מוצג על ידי תגובת הנטרול בין נתרן קרבונט וחומצה הידרוכלורית:

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

חמצון אתנול לחומצה אצטית

מוצגת גם חמצון אתנול לחומצה אצטית המשמשת במונשמים, שהתגובה השלמה שלה מוצגת במשוואה הבאה:

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

תגובת תרמיט

סוג אחר של תגובה אקזוטית הוא מה שנקרא תגובת תרמיט, שבה אלומיניום משתלב עם תחמוצת מתכת, כמפורט להלן:

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

שבבי פלדה + חומץ

תערובת זו פועלת כסוג של בעירה איטית בה הפלדה עוברת תהליך חמצון בזכות פעולת החומץ.

"כלב נובח"

לתגובה זו ניתן שם זה מכיוון שהיא מפטירה צליל דומה לזה של נביחות הכלב.

תגובה זו מתרחשת בתוך צינור מעבדה בו מעורבבים תחמוצת החנקן ותחמוצת החנקן ופחמן ביסולפט.

בקבוק זכוכית + אלכוהול

בדומה לתגובה שנוצרה על ידי הניסוי האמור, היא זו של שפשוף בקבוק זכוכית באלכוהול באופן בו נוצרת להבה.

חומר ניקוי כביסה + מים

כאשר מומסים סבון ניקוי כביסה, ניתן לראות תגובה אקסותרמית. זו אחת הדוגמאות הקלות ביותר שניתן להבחין בתגובות אקסותרמיות בבית.

משחת שיניים לפיל

זהו ניסוי שנהוג להסביר את הדינמיקה של התגובות האקוטרומיות. זה מורכב מהפירוק של מי חמצן באיזה מדיום סבון, כך שבדרך זו נוצרת כמות גדולה של קצף.

לתערובת זו מתווסף זרז (אשלגן יוד) המסייע לפירוק מהיר של החמצן.

חומצה גופרתית + סוכר

תהליך ההתייבשות של הסוכר מייצר תגובה אקסותרמית ברורה. כשמערבבים חומצה גופרתית עם סוכר, הוא מתייבש ומופיע עמוד של עשן שחור, מה שגורם לסביבה להריח כמו עצמות שרופות.

נתרן + מים

נתרן או כל מדיום אלקליין מגיב חזק עם מים. כשמוסיפים כל מתכת אלקלית למים (ליתיום, נתרן, אשלגן, רובידיום או צזיום) עליו להגיב.

במידה שמספר האלמנט גבוה יותר בטבלה המחזורית, התגובה תהיה חזקה יותר.

נתרן אצטט

נתרן אצטט ידוע כקרח חם. חומר זה מתחיל מהתגבשות של פתרונות קפואים שבמקום לשחרר קור, ומשחררים חום.

בגלל המראה שלו הוא מכונה "קרח", אך נתרן אצטט מגובש הוא למעשה אחד החומרים הנפוצים ביותר לייצור מחממי ידיים.

סודה + חומץ

תערובת זו מייצרת תגובה אקסותרמית המייצרת כמויות גדולות של קצף, ולכן היא משמשת בדרך כלל לדמי פיצוץ של הר געש.

הג'יני בבקבוק

בניסוי זה מערבבים מי חמצן (מי חמצן) עם פרמנגנט אשלגן. בדרך זו פרמנגנט מפרק מי חמצן וגורם לשחרור של כמות גדולה של עשן וחום.

דובי גומי מתפוצצים

דובי הגומי עשירים בסוכרוז (סוכר), חומר שבעורבוב עם אשלגן כלורט בטמפרטורות גבוהות הוא מייצר פיצוץ אלים ותנועתם של דובי גומי.

ברק בצינור

תגובה זו מתרחשת כאשר מערבבים חומצה מאכלת עם אלכוהול או אצטון.

בדרך זו ניתן לראות תגובה כימית נמרצת המביאה ליצירת אור בתוך צינור הדומה לזה של הברק.

להקפיא מים

במהלך תהליך זה המים משחררים אנרגיה בצורה של חום, ולכן כאשר קוביות מים קופאות, מתרחשת תגובה אקזוטית.

קורוזיה של מתכות

מתכות טהורות, כלומר במצבן הטבעי כאשר הם באים במגע עם אוויר מייצרות תגובת חמצון יחד עם יצירת החום, לכן אומרים שתהליך זה אקסותרמי.

תהליך בעירה בגז

תהליך הבעירה של כל גז, כמו מתאן או גז טבעי, מייצר תגובה אקזוטית המבטאת את עצמה ביצירת חום ובמקרים מסוימים, כאשר הבעירה מתרחשת בצורה מבוקרת, היא גם יכולה לייצר אור.

אַחֵר

בנוסף לדוגמאות שהוסברו בעבר, יש מגוון גדול של תגובות שנחשבות גם לאקזותרמיות, כמו פירוק חומרים אורגניים מסוימים בפסולת לקומפוסטציה.

זה גם מדגיש את חמצון פיגמנט הלוציפרין על ידי פעולת האנזים הלוציפראז לייצור הביומיומיננסיות האופיינית לגחליליות, ואפילו הנשמה, בין תגובות רבות אחרות.

הפניות

1. ויקיפדיה. (sf). תגובה אקזוטית. הושג מ- es.wikipedia.org
2. BBC. (sf). שינויים באנרגיה ותגובות הפיכות. התאושש מ- bbc.co.uk
3. צ'אנג, ר '(2007). כימיה, מהדורה תשיעית. (מקגרו-היל).
4. ווקר, ד (2007). תגובה כימית. התאושש מ- books.google.co.ve
5. סאונדרס, נ '(2007). חקר תגובות כימיות. הושג מ- books.google.co.ve