Da es sich um eine Energieform handelt, spielt Wärme bei chemischen Reaktionen mehrere wichtige Rollen. In einigen Fällen benötigen Reaktionen Wärme, um zu beginnen; Ein Lagerfeuer erfordert beispielsweise ein Streichholz und Anzündholz, um es zu entfachen. Reaktionen verbrauchen Wärme oder produzieren sie je nach den beteiligten Chemikalien. Wärme bestimmt auch die Geschwindigkeit, mit der Reaktionen ablaufen und ob sie in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung ablaufen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Im Allgemeinen hilft Wärme dabei, eine chemische Reaktion zu beschleunigen oder eine chemische Reaktion anzutreiben, die sonst nicht ablaufen könnte.
Endotherme und exotherme Reaktionen
Viele bekannte chemische Reaktionen, wie das Verbrennen von Kohle, das Rosten und das Explodieren von Schießpulver, geben Wärme ab; Chemiker nennen diese Reaktionen exotherm. Da Reaktionen Wärme freisetzen, erhöhen sie die Umgebungstemperatur. Andere Reaktionen, wie die Kombination von Stickstoff und Sauerstoff zu Stickoxid, nehmen Wärme auf und senken die Umgebungstemperatur. Da sie ihrer Umgebung Wärme entziehen, sind diese Reaktionen endotherm. Viele Reaktionen verbrauchen und produzieren Wärme, aber wenn das Nettoergebnis darin besteht, Wärme abzugeben, ist die Reaktion exotherm; andernfalls ist es endotherm.
Wärme und molekulare kinetische Energie
Wärmeenergie manifestiert sich als zufällige drängende Bewegungen von Molekülen in der Materie; Wenn die Temperatur einer Substanz ansteigt, schwingen und prallen ihre Moleküle mit mehr Energie und mit höherer Geschwindigkeit. Bei bestimmten Temperaturen überwinden Schwingungen die Kräfte, die Moleküle aneinander kleben lassen, wodurch Feststoffe zu Flüssigkeiten schmelzen und Flüssigkeiten zu Gasen sieden. Gase reagieren auf Hitze mit einem Druckanstieg, da Moleküle mit größerer Kraft gegen ihren Behälter prallen.
Arrhenius-Gleichung
Eine mathematische Formel namens Arrhenius-Gleichung verknüpft die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion mit ihrer Temperatur. Beim absoluten Nullpunkt, einer theoretischen Temperatur, die in einer realen Laborumgebung nicht erreicht werden kann, gibt es keine Wärme und keine chemischen Reaktionen. Mit steigender Temperatur finden Reaktionen statt. Im Allgemeinen bedeuten höhere Temperaturen schnellere Reaktionsgeschwindigkeiten; Da sich Moleküle schneller bewegen, ist es wahrscheinlicher, dass Reaktantmoleküle miteinander interagieren und Produkte bilden.
Prinzip und Wärme von Le Chateliere
Einige chemische Reaktionen sind reversibel: Reaktanten verbinden sich zu Produkten, und Produkte ordnen sich zu Reaktanten um. Eine Richtung gibt Wärme ab und die andere verbraucht sie. Wenn eine Reaktion mit gleicher Wahrscheinlichkeit in beide Richtungen ablaufen kann, sagen Chemiker, dass sie im Gleichgewicht ist. Das Prinzip von Le Chatelier besagt, dass bei Reaktionen im Gleichgewicht das Hinzufügen von mehr Reaktanten zum Gemisch die Hinreaktion wahrscheinlicher und umgekehrt weniger wahrscheinlich macht. Umgekehrt macht die Zugabe von mehr Produkten die Rückreaktion wahrscheinlicher. Bei einer exothermen Reaktion ist Wärme ein Produkt; Wenn Sie einer exothermen Reaktion im Gleichgewicht Wärme hinzufügen, erhöhen Sie die Wahrscheinlichkeit der Rückreaktion.