מה התפקיד שמשחק החום בתגובות כימיות?

מכיוון שהיא סוג של אנרגיה, החום ממלא תפקידים חשובים מרובים בתגובות כימיות. במקרים מסוימים, התגובות זקוקות לחום כדי להתחיל; למשל, שריפת מחנה דורשת התאמה והדלקה בכדי להתחיל אותה. התגובות צורכות חום או מייצרות אותו בהתאם לכימיקלים המעורבים. החום קובע גם את מהירות התגובות המתרחשות והאם הן מתקדמות בכיוון קדימה או לאחור.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

באופן כללי, חום יעזור להאיץ תגובה כימית, או להניע תגובה כימית שלא תוכל להתרחש אחרת.

תגובות כימיות מוכרות רבות, כמו שריפת פחם, חלודה ואבק שריפה מתפוצץ, פולטות חום; כימאים מכנים את התגובות האלה אקזותרמיות. מכיוון שתגובות משחררות חום, הן מעלות את טמפרטורת הסביבה. תגובות אחרות, כגון שילוב של חנקן וחמצן ליצירת תחמוצת החנקן, לוקחות חום ומפחיתות את טמפרטורת הסביבה. כאשר הם מסירים חום מסביבתם, תגובות אלה הן אנדותרמיות. תגובות רבות גם צורכות וגם מייצרות חום, אך אם התוצאה נטו היא הוצאת חום, התגובה היא אקסותרמית; אחרת זה אנדותרמי.

אנרגיית חום באה לידי ביטוי כתנועות דוחקות אקראיות של מולקולות בחומר; ככל שטמפרטורת החומר עולה, המולקולות שלו רוטטות וקופצות באנרגיה רבה יותר ובמהירות מהירה יותר. בטמפרטורות מסוימות, התנודות מתגברות על הכוחות שגורמים למולקולות להיצמד זו לזו, מה שגורם למוצקים להתמוסס לנוזלים ולנוזלים לרתוח לגזים. גזים מגיבים לחום עם עלייה בלחץ כאשר מולקולות מתנגשות במיכל שלהם בעוצמה רבה יותר.

נוסחה מתמטית הנקראת משוואת Arrhenius קושרת את מהירות התגובה הכימית לטמפרטורה שלה. באפס מוחלט, טמפרטורה תיאורטית שלא ניתן להגיע אליה במסגרת מעבדה של ממש, חום נעדר לחלוטין ותגובות כימיות אינן קיימות. ככל שהטמפרטורה עולה, התגובות מתרחשות. ככלל, טמפרטורות גבוהות יותר פירושן שיעורי תגובה מהירים יותר; ככל שמולקולות מסתובבות במהירות רבה יותר, סביר יותר כי מולקולות מגיבות יניבו אינטראקציה ויוצרות מוצרים.

כמה תגובות כימיות הפיכות: מגיבים משתלבים ליצירת מוצרים, ומוצרים מסדרים את עצמם מחדש למגיבים. כיוון אחד משחרר חום והשני צורך אותו. כאשר תגובה יכולה לקרות בשני הצדדים בסבירות שווה, כימאים אומרים שהיא נמצאת בשיווי משקל. העיקרון של לה שאטלייר קובע כי לתגובות בשיווי משקל, הוספת מגיבים נוספים לתערובת הופכת את התגובה הקדמית ליותר סבירה והפוכה פחות. לעומת זאת, הוספת מוצרים נוספים הופכת את התגובה ההפוכה ליותר סבירה. לתגובה אקסותרמית, חום הוא מוצר; אם אתה מוסיף חום לתגובה אקסותרמית בשיווי משקל, אתה מגביר את התגובה ההפוכה.