จะเกิดอะไรขึ้นกับปฏิกิริยาคายความร้อนหากอุณหภูมิเพิ่มขึ้น?

ปฏิกิริยาเคมีบางอย่าง เช่น การเผาไม้หรือการระเบิดของทีเอ็นที จะปล่อยความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อม นักเคมีเรียกปฏิกิริยาคายความร้อนเหล่านี้ การเพิ่มอุณหภูมิส่งผลต่อปฏิกิริยาคายความร้อนในสองวิธีที่แตกต่างกัน: โดยการเปลี่ยนอัตรา ของปฏิกิริยาและโดยการเปลี่ยนความสมดุลระหว่างผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

โดยทั่วไป ปฏิกิริยาของคุณจะเร็วขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นหมายถึงความร้อนและพลังงานในระบบของคุณมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี การเพิ่มอุณหภูมิอาจทำให้สมดุลเปลี่ยนและทำให้ปฏิกิริยาบางอย่างของคุณไม่เกิดขึ้น

ปฏิกิริยาเกือบทั้งหมดเร็วขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น รวมถึงปฏิกิริยาคายความร้อนด้วย ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนในอากาศกับสารเคมีที่ปลายไม้ขีด เช่น ช้ามากที่อุณหภูมิห้องจนดูเหมือนไม่มีอะไรเกิดขึ้น เมื่อคุณทำให้ส่วนปลายของแมตช์ร้อนขึ้นด้วยการกระแทกกับแถบกองหน้าบนกล่อง อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นและอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะลุกไหม้ด้วยเปลวไฟที่ร้อนระอุ โดยทั่วไป ยิ่งคุณเพิ่มอุณหภูมิของปฏิกิริยาคายความร้อนมากเท่าใด อุณหภูมิก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น

ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่สามารถไปได้ทั้งสองทาง ซึ่งหมายความว่าสามารถวิ่งไปข้างหน้าและเปลี่ยนสารตั้งต้นให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์หรือวิ่งย้อนกลับและเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ให้เป็นสารตั้งต้นได้ ขณะที่ปฏิกิริยาวิ่งไปข้างหน้า สารตั้งต้นจะค่อยๆ หมดลงในขณะที่ผลิตภัณฑ์เริ่มสะสม ดังนั้นปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะช้าลงในขณะที่ปฏิกิริยาย้อนกลับจะเพิ่มความเร็ว ในที่สุดอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับจะเท่ากัน ดังนั้นแม้ว่าปฏิกิริยาจะยังคงเกิดขึ้น แต่ปริมาณของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นจะไม่เปลี่ยนแปลง สภาวะคงตัวนี้เรียกว่าสมดุล

อัตราส่วนของสารตั้งต้นต่อผลิตภัณฑ์ที่สมดุลขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาเคมีจำเพาะ สำหรับบางอย่างเช่นไฟ ตัวอย่างเช่น เพียงเล็กน้อยถ้าสารตั้งต้นถูกทิ้งไว้ที่สมดุล ในขณะที่สำหรับ บางอย่างเช่นปฏิกิริยาระหว่างไนโตรเจนกับไฮโดรเจนเพื่อทำให้เกิดแอมโมเนีย สารตั้งต้นจำนวนมากอาจเหลืออยู่ที่ สมดุล. หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์กล่าวโดยพื้นฐานว่าระบบเคมีทั้งหมดต้องการได้รับและอยู่ในสมดุล หากคุณเพิ่มผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาไปยังระบบเคมีที่สมดุล คุณสามารถคาดหวังได้ว่าผลิตภัณฑ์จำนวนหนึ่งจะถูกแปลง เป็นสารตั้งต้น ในขณะที่ถ้าคุณเติมสารตั้งต้น สารตั้งต้นจำนวนหนึ่งจะถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์เพื่อให้สมดุล บำรุงรักษา

สำหรับปฏิกิริยาคายความร้อน ความร้อนเป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยา ตามหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ ถ้าคุณเพิ่มอุณหภูมิ แสดงว่าคุณเพิ่มปริมาณผลิตภัณฑ์ ดังนั้นคุณจึงเปลี่ยนความสมดุลที่สมดุลกลับไปหาสารตั้งต้น ซึ่งหมายความว่าจะมีสารตั้งต้นที่เหลืออยู่ที่ สมดุล. ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น ความสมดุลที่สมดุลจะยิ่งเคลื่อนกลับไปยังสารตั้งต้น ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงคือปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับไนโตรเจนเพื่อทำให้เกิดแอมโมเนีย ปฏิกิริยาจะช้ามากที่อุณหภูมิห้องจนไม่มีอะไรเกิดขึ้น หากคุณเพิ่มอุณหภูมิเพื่อเร่งปฏิกิริยาให้เร็วขึ้น ความสมดุลที่สมดุลจะเปลี่ยนกลับไปหาสารตั้งต้น และผลิตแอมโมเนียน้อยมาก