Omdat het een vorm van energie is, speelt warmte meerdere belangrijke rollen in chemische reacties. In sommige gevallen hebben reacties warmte nodig om te beginnen; een kampvuur heeft bijvoorbeeld een lucifer en aanmaakhout nodig om het op gang te brengen. Reacties verbruiken warmte of produceren deze afhankelijk van de betrokken chemicaliën. Warmte bepaalt ook de snelheid waarmee reacties plaatsvinden en of ze vooruit of achteruit gaan.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Over het algemeen zal warmte helpen een chemische reactie te versnellen of een chemische reactie aan te drijven die anders niet zou kunnen plaatsvinden.
Endotherme en exotherme reacties
Veel bekende chemische reacties, zoals het verbranden van kolen, roesten en exploderend buskruit, geven warmte af; chemici noemen deze reacties exotherm. Omdat bij reacties warmte vrijkomt, verhogen ze de omgevingstemperatuur. Andere reacties, zoals het combineren van stikstof en zuurstof om stikstofmonoxide te vormen, nemen warmte op en verlagen de omgevingstemperatuur. Omdat ze warmte uit hun omgeving verwijderen, zijn deze reacties endotherm. Veel reacties verbruiken en produceren warmte, maar als het nettoresultaat is dat warmte wordt afgegeven, is de reactie exotherm; anders is het endotherm.
Warmte en moleculaire kinetische energie
Warmte-energie manifesteert zich als de willekeurige verdringende bewegingen van moleculen in materie; naarmate de temperatuur van een stof stijgt, trillen en stuiteren de moleculen met meer energie en met hogere snelheden. Bij bepaalde temperaturen overwinnen trillingen de krachten die ervoor zorgen dat moleculen aan elkaar blijven kleven, waardoor vaste stoffen in vloeistoffen smelten en vloeistoffen in gassen koken. Gassen reageren op warmte met een toename van de druk wanneer moleculen met grotere kracht tegen hun container botsen.
Arrhenius-vergelijking
Een wiskundige formule genaamd de Arrhenius-vergelijking koppelt de snelheid van een chemische reactie aan de temperatuur ervan. Bij het absolute nulpunt, een theoretische temperatuur die in een echte laboratoriumomgeving niet kan worden bereikt, is warmte volledig afwezig en zijn er geen chemische reacties. Naarmate de temperatuur stijgt, vinden er reacties plaats. In het algemeen betekenen hogere temperaturen hogere reactiesnelheden; naarmate moleculen sneller bewegen, is de kans groter dat reactantmoleculen een interactie aangaan en producten vormen.
Principe en warmte van Le Chatelier
Sommige chemische reacties zijn omkeerbaar: reactanten combineren om producten te vormen en producten herschikken zichzelf in reactanten. De ene richting geeft warmte af en de andere verbruikt deze. Wanneer een reactie in beide richtingen met gelijke waarschijnlijkheid kan plaatsvinden, zeggen chemici dat deze in evenwicht is. Het principe van Le Chatelier stelt dat voor reacties in evenwicht, het toevoegen van meer reactanten aan de mix de voorwaartse reactie waarschijnlijker maakt en het omgekeerde minder. Omgekeerd maakt het toevoegen van meer producten de omgekeerde reactie waarschijnlijker. Voor een exotherme reactie is warmte een product; als je warmte toevoegt aan een exotherme reactie in evenwicht, maak je de omgekeerde reactie waarschijnlijker.