Sommige chemische reacties - zoals het verbranden van hout of exploderende TNT - geven warmte af aan hun omgeving. Chemici noemen dit exotherme reacties. Het verhogen van de temperatuur beïnvloedt een exotherme reactie op twee verschillende manieren: door de snelheid te veranderen van de reactie en door de balans tussen producten en reactanten aan het einde van de reactie te veranderen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Over het algemeen zal je reactie versnellen omdat een hogere temperatuur meer warmte en energie in je systeem betekent. In sommige gevallen kan het verhogen van de temperatuur het evenwicht echter verschuiven en een deel van uw reactie voorkomen.
Reactiesnelheden
Bijna alle reacties gaan sneller naarmate de temperatuur stijgt - inclusief exotherme reacties. De reactie tussen zuurstof in de lucht en de chemicaliën in de punt van een lucifer is bijvoorbeeld zo traag bij kamertemperatuur dat er niets lijkt te gebeuren. Wanneer je echter de punt van de lucifer opwarmt door deze tegen de slagstrip op de doos te slaan, neemt de temperatuur toe en daarmee de reactiesnelheid totdat deze brandt met een hete vlam. Over het algemeen geldt dat hoe meer u de temperatuur van een exotherme reactie verhoogt, hoe sneller deze zal verlopen.
Evenwicht
De meeste chemische reacties kunnen beide kanten op gaan, wat betekent dat ze vooruit kunnen gaan en reactanten in producten kunnen omzetten of in omgekeerde richting kunnen lopen en producten in reactanten kunnen omzetten. Naarmate de reactie voorwaarts verloopt, raken de reactanten geleidelijk uitgeput terwijl de producten zich beginnen op te hopen, dus de voorwaartse reactie vertraagt terwijl de omgekeerde reactie versnelt. Uiteindelijk zijn de snelheden van de voorwaartse en achterwaartse reacties hetzelfde, dus hoewel de reactie blijft plaatsvinden, veranderen de hoeveelheden producten en reactanten niet. Deze stabiele toestand wordt een evenwicht genoemd.
Het principe van Le Chatelier
De verhouding van reactanten tot producten bij evenwicht hangt af van de specifieke chemische reactie. Voor iets als vuur, bijvoorbeeld, blijft er weinig of geen van de reactanten in evenwicht, terwijl voor zoiets als de reactie tussen stikstof en waterstof om ammoniak te maken, er kunnen veel reactanten achterblijven evenwicht. Het principe van Le Chatelier zegt in feite dat alle chemische systemen in evenwicht willen komen en blijven. Als je reactieproducten toevoegt aan een chemisch systeem in evenwicht, kun je verwachten dat een bepaalde hoeveelheid product wordt omgezet in reactanten, terwijl als je reactanten toevoegt, een bepaalde hoeveelheid reactanten wordt omgezet in producten, zodat het evenwicht is onderhouden.
Warmte en evenwicht
Voor een exotherme reactie is warmte in wezen een product van de reactie. In overeenstemming met het principe van Le Chatelier, verhoogt u de hoeveelheid producten als u de temperatuur verhoogt, en dus verschuif je de balans bij evenwicht terug naar reactanten, wat betekent dat er meer reactanten overblijven bij evenwicht. Hoe hoger de temperatuur, hoe verder het evenwicht bij evenwicht terug verschuift naar reactanten. Een bekend voorbeeld is de reactie tussen waterstof en stikstof om ammoniak te maken. De reactie is zo traag bij kamertemperatuur dat er niets gebeurt. Als je de temperatuur echter verhoogt om de reactie te versnellen, verschuift de balans bij evenwicht terug naar reactanten en wordt er heel weinig ammoniak geproduceerd.