ปฏิกิริยาคายความร้อน: กระบวนการประเภทและตัวอย่าง - เคมี - 2026

ปฏิกิริยาคายความร้อนเป็นชนิดของปฏิกิริยาทางเคมีซึ่งในการถ่ายโอนพลังงานที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบของการเปิดตัวของความร้อนหรือแสงที่ ตัวอย่างเช่นปฏิกิริยาการเผาไหม้ใด ๆ ที่บางสิ่งบางอย่างลุกไหม้ปฏิกิริยาคายความร้อนจะเกิดขึ้น

ในชีวิตประจำวันเป็นเรื่องปกติที่จะเห็นปฏิกิริยาคายความร้อนที่แตกต่างกันเกิดขึ้นตามธรรมชาติหรือเกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสถานที่ต่างๆ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเหล่านี้สามารถวัดได้ด้วยความช่วยเหลือของเทอร์โมมิเตอร์

ปฏิกิริยาคายความร้อนเมื่อปล่อยความร้อน

ในแง่นี้ปฏิกิริยาคายความร้อนสามารถถ่ายโอนพลังงานประเภทอื่นไปยังตัวกลางที่เกิดขึ้นได้เช่นเดียวกับการระเบิดและวิธีการถ่ายโอนพลังงานจลน์และโซนิคเมื่อสารที่อยู่ในเฟสก๊าซที่อุณหภูมิสูงขยายตัวจาก วิธีที่รุนแรง

ในทำนองเดียวกันในกรณีของการใช้แบตเตอรี่ปฏิกิริยาคายความร้อนก็เกิดขึ้นเช่นกันในกรณีนี้จะมีการขนส่งพลังงานไฟฟ้าเท่านั้น

ตรงข้ามกับปฏิกิริยาเหล่านี้คือปฏิกิริยาดูดความร้อนซึ่งดูดซับพลังงาน

กระบวนการ

การเผาไหม้ของไม้ขีดไฟเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน

ก่อนหน้านี้มีการกล่าวถึงว่าเมื่อเกิดปฏิกิริยาคายความร้อนจะมีการปลดปล่อยพลังงานซึ่งสามารถมองเห็นได้ง่ายขึ้นในสมการต่อไปนี้:

รีเอเจนต์→ผลิตภัณฑ์ + พลังงาน

ดังนั้นในการหาปริมาณพลังงานที่ระบบดูดซับหรือปล่อยออกมาจึงใช้พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ที่เรียกว่าเอนทาลปี (แสดงเป็น "H") หากในระบบ (ในกรณีนี้คือปฏิกิริยาเคมี) มีการปลดปล่อยพลังงานออกสู่สิ่งรอบข้างการเปลี่ยนแปลงของเอนทัลปี (แสดงเป็นΔH) จะมีค่าเป็นลบ

มิฉะนั้นหากรูปแบบของการวัดนี้เป็นไปในเชิงบวกจะสะท้อนถึงการดูดซับความร้อนจากสิ่งรอบข้าง ในทำนองเดียวกันขนาดของการเปลี่ยนแปลงในเอนทาลปีของระบบคือการแสดงออกของปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังหรือจากสิ่งแวดล้อม

ยิ่งขนาดของΔHมีขนาดใหญ่เท่าใดการปลดปล่อยพลังงานจากระบบสู่สิ่งแวดล้อมโดยรอบก็จะมากขึ้นเท่านั้น

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากในปฏิกิริยาเหล่านี้พลังงานสุทธิที่ถูกปลดปล่อยออกมาเมื่อสร้างพันธะใหม่มีค่ามากกว่าพลังงานสุทธิที่ใช้ในการแตกตัวของพันธะ

จากที่กล่าวมาสามารถอนุมานได้ว่าปฏิกิริยาประเภทนี้เกิดขึ้นบ่อยมากเนื่องจากผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยามีปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในพันธะที่มากกว่าที่มีอยู่ในสารตั้งต้น

ประเภท

มีปฏิกิริยาคายความร้อนหลายประเภทในสาขาเคมีต่างๆไม่ว่าจะในห้องปฏิบัติการหรือในอุตสาหกรรม บางส่วนดำเนินการโดยธรรมชาติและบางชนิดต้องการเงื่อนไขเฉพาะหรือสารบางชนิดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่จะผลิต

ปฏิกิริยาคายความร้อนที่สำคัญที่สุดมีดังต่อไปนี้:

ปฏิกิริยาการเผาไหม้

ปฏิกิริยาการเผาไหม้เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นเมื่อสารอย่างน้อยหนึ่งชนิดทำปฏิกิริยากับออกซิเจนโดยทั่วไปจะส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยแสงและพลังงานความร้อนนั่นคือแสงและความร้อนเมื่อเกิดเปลวไฟ

ปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลาง

ปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางมีลักษณะโดยปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตที่เป็นกรดและสารอัลคาไลน์ (เบส) เพื่อสร้างเกลือและน้ำซึ่งแสดงให้เห็นถึงลักษณะการคายความร้อน

ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น

มีปฏิกิริยาประเภทนี้หลายอย่างที่แสดงพฤติกรรมคายความร้อนเนื่องจากการออกซิเดชั่นของออกซิเจนทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานจำนวนมากเช่นเดียวกับการเกิดออกซิเดชันของไฮโดรคาร์บอน

ปฏิกิริยาเทอร์ไมท์

ปฏิกิริยานี้สามารถสร้างอุณหภูมิได้ประมาณ 3000 ° C และเนื่องจากผงอลูมิเนียมมีความสัมพันธ์กันสูงกับออกไซด์ของโลหะจำนวนมากจึงใช้ในการเชื่อมเหล็กและเหล็ก

ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน

ปฏิกิริยาประเภทนี้เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิตทางเคมีจำนวนหนึ่งเรียกว่าโมโนเมอร์ทำปฏิกิริยาซึ่งเป็นหน่วยที่เมื่อรวมเข้าด้วยกันจะถูกทำซ้ำในโซ่เพื่อสร้างโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เรียกว่าโพลีเมอร์

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน

กระบวนการนี้หมายถึงการแบ่งนิวเคลียสของอะตอมที่ถือว่าหนัก - นั่นคือด้วยจำนวนมวล (A) มากกว่า 200- เพื่อสร้างชิ้นส่วนหรือนิวเคลียสที่มีขนาดเล็กกว่าโดยมีมวลระดับกลาง

ในปฏิกิริยานี้ซึ่งเกิดนิวตรอนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปพลังงานจำนวนมากจะถูกปลดปล่อยออกมาเนื่องจากนิวเคลียสที่มีน้ำหนักมากกว่ามีความเสถียรน้อยกว่าผลิตภัณฑ์ของมัน

ปฏิกิริยาอื่น ๆ

นอกจากนี้ยังมีปฏิกิริยาคายความร้อนอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องอย่างมากเช่นการคายน้ำของคาร์โบไฮเดรตบางส่วนเมื่อทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกการดูดซึมน้ำที่นำเสนอโดยโซเดียมไฮดรอกไซด์สัมผัสกับอากาศเปิดหรือการออกซิเดชั่นของโลหะชนิดในปฏิกิริยาการกัดกร่อนหลายชนิด

ตัวอย่างปฏิกิริยาคายความร้อน

ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างบางส่วนของปฏิกิริยาคายความร้อนซึ่งก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเอนทาลปีที่มีค่าเป็นลบเนื่องจากการปล่อยพลังงาน:

จุดเทียน

กระบวนการเผาไหม้ของพาราฟินและไส้ตะเกียงของเทียนก่อให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนที่สร้างความร้อนและแสง

ติดไฟฟอสฟอรัส

เมื่อการแข่งขันสว่างขึ้นปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นระหว่างสารเคมีที่ประกอบขึ้นกับออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศ ด้วยวิธีนี้ปฏิกิริยาคายความร้อนจะถูกสร้างขึ้นซึ่งก่อให้เกิดทั้งแสงและความร้อน

การหายใจ

กระบวนการหายใจก่อให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนภายในเซลล์ระหว่างการแลกเปลี่ยนก๊าซ ด้วยวิธีนี้กลูโคสร่วมกับออกซิเจนจะถูกเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และความร้อน

การเผาฟืน

การเผาไม้ก่อให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนซึ่งผลของปฏิกิริยานี้จะแสดงออกมาเป็นความร้อนและอุณหภูมิ

การเผาไหม้ของโพรเพน

ตัวอย่างเช่นการเผาไหม้ของโพรเพนเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนที่เกิดขึ้นเอง:

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

โซเดียมคาร์บอเนต - ปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางของกรดไฮโดรคลอริก

อีกกรณีหนึ่งของพฤติกรรมการคายความร้อนแสดงโดยปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางระหว่างโซเดียมคาร์บอเนตและกรดไฮโดรคลอริก:

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

ออกซิเดชันของเอทานอลเป็นกรดอะซิติก

นอกจากนี้ยังนำเสนอการเกิดออกซิเดชันของเอทานอลเป็นกรดอะซิติกที่ใช้ในเครื่องช่วยหายใจปฏิกิริยาที่สมบูรณ์ซึ่งแสดงในสมการต่อไปนี้:

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

ปฏิกิริยาเทอร์ไมท์

ปฏิกิริยาคายความร้อนอีกประเภทหนึ่งคือปฏิกิริยาที่เรียกว่าเทอร์ไมท์ซึ่งอลูมิเนียมรวมตัวกับโลหะออกไซด์ดังตัวอย่างด้านล่าง:

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

ขี้กบเหล็ก + น้ำส้มสายชู

ส่วนผสมนี้ทำงานในรูปแบบของการเผาไหม้ที่ช้าซึ่งเหล็กต้องผ่านกระบวนการออกซิเดชั่นเนื่องจากการกระทำของน้ำส้มสายชู

“ หมาเห่า”

ปฏิกิริยานี้ได้รับชื่อนี้เนื่องจากให้เสียงคล้ายกับเสียงเห่าของสุนัข

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นภายในหลอดทดลองที่ผสมไนตรัสออกไซด์ไนตริกออกไซด์และคาร์บอนไบซัลเฟต

ขวดแก้ว + แอลกอฮอล์

คล้ายกับปฏิกิริยาที่เกิดจากการทดลองข้างต้นคือการถูขวดแก้วด้วยแอลกอฮอล์ในลักษณะที่ทำให้เกิดเปลวไฟ

น้ำยาซักผ้า + น้ำ

เมื่อสบู่น้ำยาซักผ้าละลายจะเกิดปฏิกิริยาคายความร้อน นี่เป็นหนึ่งในตัวอย่างปฏิกิริยาคายความร้อนที่สังเกตได้ง่ายที่สุดในบ้าน

ยาสีฟันช้าง

นี่คือการทดลองที่ใช้กันทั่วไปเพื่ออธิบายพลวัตของปฏิกิริยาคายความร้อน ประกอบด้วยการละลายของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในตัวกลางที่เป็นสบู่ดังนั้นจึงมีการผลิตโฟมจำนวนมากด้วยวิธีนี้

มีการเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยา (โพแทสเซียมไอโอไดด์) ลงในส่วนผสมนี้ซึ่งช่วยให้การสลายตัวของเปอร์ออกไซด์อย่างรวดเร็ว

กรดซัลฟูริก + น้ำตาล

กระบวนการคายน้ำของน้ำตาลก่อให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนอย่างเห็นได้ชัด เมื่อคุณผสมกรดซัลฟิวริกกับน้ำตาลมันจะขาดน้ำและมีควันดำปรากฏขึ้นทำให้สภาพแวดล้อมมีกลิ่นเหมือนกระดูกที่ถูกเผา

โซเดียม + น้ำ

โซเดียมหรือสารอัลคาไลน์ใด ๆ จะทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างรุนแรง เมื่อเติมโลหะอัลคาไลลงในน้ำ (ลิเธียมโซเดียมโพแทสเซียมรูบิเดียมหรือซีเซียม) จะต้องทำปฏิกิริยา

ในกรณีที่จำนวนของธาตุสูงกว่าในตารางธาตุปฏิกิริยาจะรุนแรงขึ้น

โซเดียมอะซิเตต

โซเดียมอะซิเตทเรียกว่าน้ำแข็งร้อน สารนี้เริ่มต้นจากการตกผลึกของสารละลายแช่แข็งซึ่งแทนที่จะปล่อยความเย็นกลับปล่อยความร้อน

เนื่องจากลักษณะของมันจึงถูกเรียกว่า "น้ำแข็ง" แต่จริงๆแล้วโซเดียมอะซิเตตที่ตกผลึกเป็นหนึ่งในวัสดุทั่วไปที่ใช้ทำเครื่องอุ่นมือ

โซดา + น้ำส้มสายชู

ส่วนผสมนี้ก่อให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนซึ่งทำให้เกิดโฟมจำนวนมากดังนั้นจึงมักใช้เพื่อให้คล้ายกับการระเบิดของภูเขาไฟ

มารในขวด

ในการทดลองนี้จะใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) ผสมกับด่างทับทิม ด้วยวิธีนี้เปอร์แมงกาเนตจะสลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ทำให้เกิดควันและความร้อนจำนวนมาก

หมีเหนียวระเบิด

เหนียวหมีอุดมไปด้วยซูโครส (น้ำตาล) ซึ่งเป็นสารที่เมื่อผสมกับโพแทสเซียมคลอเรตที่อุณหภูมิสูงจะทำให้เกิดการระเบิดอย่างรุนแรงและการเคลื่อนไหวของเหนียวหมี

ฟ้าผ่าในหลอด

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเมื่อกรดที่มีฤทธิ์กัดกร่อนผสมกับแอลกอฮอล์หรืออะซิโตน

ด้วยวิธีนี้สามารถเห็นปฏิกิริยาเคมีที่รุนแรงซึ่งส่งผลให้เกิดแสงภายในหลอดคล้ายกับฟ้าผ่า

แช่แข็งน้ำ

ในระหว่างกระบวนการนี้น้ำจะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของความร้อนดังนั้นเมื่อก้อนน้ำแข็งตัวจะเกิดปฏิกิริยาคายความร้อน

การกัดกร่อนของโลหะ

โลหะบริสุทธิ์ซึ่งอยู่ในสภาพธรรมชาติเมื่อสัมผัสกับอากาศจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นร่วมกับการสร้างความร้อนดังนั้นกระบวนการนี้จึงกล่าวได้ว่าเป็นการคายความร้อน

กระบวนการเผาไหม้ก๊าซ

กระบวนการเผาไหม้ของก๊าซใด ๆ เช่นมีเธนหรือก๊าซธรรมชาติก่อให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนที่แสดงออกในการสร้างความร้อนและในบางครั้งเมื่อการเผาไหม้เกิดขึ้นในลักษณะที่ควบคุมได้ก็สามารถผลิตแสงได้เช่นกัน

อื่น ๆ

นอกเหนือจากตัวอย่างที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ยังมีปฏิกิริยาอีกมากมายที่ถือว่าเป็นการคายความร้อนเช่นการสลายตัวของสารอินทรีย์บางชนิดในของเสียเพื่อทำปุ๋ยหมัก

นอกจากนี้ยังเน้นถึงการเกิดออกซิเดชันของเม็ดสีลูซิเฟอรินโดยการทำงานของเอนไซม์ลูซิเฟอเรสในการสร้างลักษณะเรืองแสงของหิ่งห้อยและแม้แต่การหายใจรวมถึงปฏิกิริยาอื่น ๆ อีกมากมาย

อ้างอิง

1. วิกิพีเดีย (เอสเอฟ) ปฏิกิริยาคายความร้อน สืบค้นจาก es.wikipedia.org
2. BBC. (เอสเอฟ) การเปลี่ยนแปลงพลังงานและปฏิกิริยาย้อนกลับ กู้คืนจาก bbc.co.uk
3. ช้าง, ร. (2550). เคมีรุ่นที่เก้า. (McGraw-Hill).
4. วอล์คเกอร์, D. (2007). ปฏิกริยาเคมี. กู้คืนจาก books.google.co.th
5. แซนเดอร์ส, N. (2007). การสำรวจปฏิกิริยาทางเคมี ได้มาจาก books.google.co.ve