ما الدور الذي تلعبه الحرارة في التفاعلات الكيميائية؟

نظرًا لأنها شكل من أشكال الطاقة ، تلعب الحرارة العديد من الأدوار المهمة في التفاعلات الكيميائية. في بعض الحالات ، تحتاج التفاعلات إلى حرارة لتبدأ ؛ على سبيل المثال ، يتطلب حريق المخيم وجود عود ثقاب وإشعال حتى يبدأ. تستهلك التفاعلات الحرارة أو تنتجها اعتمادًا على المواد الكيميائية المعنية. تحدد الحرارة أيضًا السرعة التي تحدث بها التفاعلات وما إذا كانت تسير في اتجاه أمامي أو عكسي.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

بشكل عام ، ستساعد الحرارة في تسريع التفاعل الكيميائي ، أو تحفيز تفاعل كيميائي لا يمكن أن يحدث بطريقة أخرى.

العديد من التفاعلات الكيميائية المألوفة ، مثل احتراق الفحم والصدأ وانفجار البارود ، تنبعث منها الحرارة ؛ يطلق الكيميائيون على هذه التفاعلات طاردة للحرارة. لأن التفاعلات تحرر الحرارة ، فإنها تزيد من درجة الحرارة المحيطة. التفاعلات الأخرى ، مثل الجمع بين النيتروجين والأكسجين لتكوين أكسيد النيتريك ، تأخذ الحرارة ، مما يقلل من درجة الحرارة المحيطة. نظرًا لأنها تزيل الحرارة من بيئتها ، فإن هذه التفاعلات ماصة للحرارة. تستهلك العديد من التفاعلات الحرارة وتنتجها على حد سواء ، ولكن إذا كانت النتيجة النهائية هي إطلاق حرارة ، يكون التفاعل طاردًا للحرارة ؛ وإلا فإنه ماص للحرارة.

تتجلى الطاقة الحرارية في شكل حركات تصادم عشوائية للجزيئات في المادة ؛ مع ارتفاع درجة حرارة مادة ما ، تهتز جزيئاتها وترتد بمزيد من الطاقة وبسرعات أعلى. في درجات حرارة معينة ، تتغلب الاهتزازات على القوى التي تجعل الجزيئات تلتصق ببعضها البعض ، مما يتسبب في ذوبان المواد الصلبة في سوائل ، وغليان السوائل إلى غازات. تستجيب الغازات للحرارة بزيادة الضغط حيث تصطدم الجزيئات بحاوياتها بقوة أكبر.

تربط صيغة رياضية تسمى معادلة أرهينيوس بين سرعة تفاعل كيميائي ودرجة حرارته. عند الصفر المطلق ، درجة الحرارة النظرية التي لا يمكن الوصول إليها في بيئة معملية واقعية ، الحرارة غائبة تمامًا والتفاعلات الكيميائية غير موجودة. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تحدث ردود الفعل. بشكل عام ، تعني درجات الحرارة المرتفعة معدلات تفاعل أسرع ؛ مع تحرك الجزيئات بسرعة أكبر ، من المرجح أن تتفاعل الجزيئات المتفاعلة ، وتشكل المنتجات.

بعض التفاعلات الكيميائية قابلة للعكس: تتحد المواد المتفاعلة لتشكل منتجات ، وتعيد المنتجات ترتيب نفسها إلى مواد متفاعلة. اتجاه واحد يطلق الحرارة والآخر يستهلكها. عندما يمكن أن يحدث تفاعل في كلتا الحالتين باحتمالية متساوية ، يقول الكيميائيون إنه في حالة توازن. ينص مبدأ Le Chatelier على أنه بالنسبة للتفاعلات في حالة توازن ، فإن إضافة المزيد من المواد المتفاعلة إلى المزيج يجعل التفاعل الأمامي أكثر احتمالية والعكس أقل. على العكس من ذلك ، فإن إضافة المزيد من المنتجات يجعل رد الفعل العكسي أكثر احتمالية. بالنسبة للتفاعل الطارد للحرارة ، تكون الحرارة ناتجًا ؛ إذا أضفت حرارة إلى تفاعل طارد للحرارة في حالة توازن ، فإنك تزيد من احتمال حدوث رد فعل عكسي.