ความร้อนมีบทบาทอย่างไรในปฏิกิริยาเคมี?

เนื่องจากเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง ความร้อนจึงมีบทบาทสำคัญในปฏิกิริยาเคมี ในบางกรณี ปฏิกิริยาจำเป็นต้องเริ่มด้วยความร้อน ตัวอย่างเช่น แคมป์ไฟต้องมีไม้ขีดและจุดไฟเพื่อเริ่มต้น ปฏิกิริยาใช้ความร้อนหรือผลิตขึ้นขึ้นอยู่กับสารเคมีที่เกี่ยวข้อง ความร้อนยังกำหนดความเร็วของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นและไม่ว่าจะเดินหน้าหรือถอยหลัง

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

โดยทั่วไป ความร้อนจะช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมี หรือขับเคลื่อนปฏิกิริยาเคมีที่ไม่มีทางเกิดขึ้นได้

ปฏิกิริยาเคมีที่คุ้นเคยหลายอย่าง เช่น การเผาถ่านหิน การเกิดสนิมและการระเบิดของดินปืน ทำให้เกิดความร้อน นักเคมีเรียกปฏิกิริยาเหล่านี้ว่าคายความร้อน เนื่องจากปฏิกิริยาปล่อยความร้อนจึงทำให้อุณหภูมิแวดล้อมเพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาอื่นๆ เช่น การรวมไนโตรเจนและออกซิเจนให้กลายเป็นไนตริกออกไซด์ ทำให้เกิดความร้อนขึ้น ทำให้อุณหภูมิแวดล้อมลดลง ขณะที่พวกมันเอาความร้อนออกจากสิ่งแวดล้อม ปฏิกิริยาเหล่านี้จะดูดความร้อน ปฏิกิริยาหลายอย่างทั้งกินและทำให้เกิดความร้อน แต่ถ้าผลสุทธิคือการปล่อยความร้อน ปฏิกิริยาจะเป็นแบบคายความร้อน มิฉะนั้นจะเป็นดูดความร้อน

พลังงานความร้อนปรากฏเป็นการเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุลในสสาร เมื่ออุณหภูมิของสารเพิ่มขึ้น โมเลกุลของสารจะสั่นสะเทือนและกระเด้งกลับด้วยพลังงานที่มากขึ้นและด้วยความเร็วที่เร็วขึ้น ที่อุณหภูมิหนึ่ง การสั่นสะเทือนจะเอาชนะแรงที่ทำให้โมเลกุลเกาะติดกัน ทำให้ของแข็งละลายเป็นของเหลว และของเหลวกลายเป็นก๊าซ ก๊าซตอบสนองต่อความร้อนด้วยความดันที่เพิ่มขึ้นเมื่อโมเลกุลชนกับภาชนะด้วยแรงที่มากขึ้น

สูตรทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าสมการอาร์เรเนียสเชื่อมโยงความเร็วของปฏิกิริยาเคมีกับอุณหภูมิ ที่ศูนย์สัมบูรณ์ อุณหภูมิตามทฤษฎีที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ในห้องปฏิบัติการในชีวิตจริง ความร้อนจะหายไปอย่างสมบูรณ์ และปฏิกิริยาเคมีจะไม่มีอยู่จริง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้น โดยทั่วไป อุณหภูมิที่สูงขึ้นหมายถึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เร็วขึ้น เมื่อโมเลกุลเคลื่อนที่เร็วขึ้น โมเลกุลของสารตั้งต้นมีแนวโน้มที่จะโต้ตอบกันมากขึ้น ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ขึ้น

ปฏิกิริยาเคมีบางอย่างสามารถย้อนกลับได้: สารตั้งต้นจะรวมกันเป็นผลิตภัณฑ์ และผลิตภัณฑ์จัดเรียงตัวกันเป็นสารตั้งต้น ทิศทางหนึ่งปล่อยความร้อนและอีกทิศทางหนึ่งกินความร้อน เมื่อปฏิกิริยาสามารถเกิดขึ้นได้ไม่ว่าด้วยวิธีใดโดยมีโอกาสเท่ากัน นักเคมีกล่าวว่าปฏิกิริยานั้นอยู่ในสภาวะสมดุล หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ระบุว่าสำหรับปฏิกิริยาในสภาวะสมดุล การเพิ่มสารตั้งต้นในส่วนผสมทำให้ปฏิกิริยาไปข้างหน้ามีโอกาสมากขึ้น และปฏิกิริยาย้อนกลับน้อยลง ในทางกลับกัน การเพิ่มผลิตภัณฑ์มากขึ้นจะทำให้ปฏิกิริยาย้อนกลับเป็นไปได้มากขึ้น สำหรับปฏิกิริยาคายความร้อน ความร้อนเป็นผลพลอยได้ หากคุณเพิ่มความร้อนให้กับปฏิกิริยาคายความร้อนในสภาวะสมดุล คุณจะทำให้ปฏิกิริยาย้อนกลับมีโอกาสมากขึ้น