Egzotermni proces

U termodinamici, egzotermni proces je termodinamički proces ili reakcija koja oslobađa energiju iz sistema u njegovu okolinu,^[1][2] obično u obliku toplote, ali i u obliku svetlosti (npr. varnica, plamen ili bljesak), električne energije (npr. baterija), ili zvuk (npr. eksplozija koja se čuje pri sagorevanju vodonika). Termin egzotermni prvi je skovao francuski hemičar iz 19. veka Marselin Bertelo.^[3]

Eksplozije su neke od najnasilnijih egzotermnih reakcija.

Suprotno od egzotermnog procesa je endotermni proces, onaj koji apsorbuje energiju, obično u obliku toplote.^[1] Koncept se često primenjuje u fizičkim naukama na hemijske reakcije gde se energija hemijske veze pretvara u toplotnu energiju (toplotu).

Dve tipa hemijskih reakcija

Termini egzoterman i endoterman opisuju dve vrste hemijskih reakcija ili sistema koji se nalaze u prirodi, na sledeći način:

Egzotermno

Egzotermna reakcija nastaje kada se toplota oslobađa u okolinu. Prema IUPAC-u, egzotermna reakcija je „reakcija za koju je ukupna standardna promena entalpije ΔH⚬ negativna“..^[4] Neki primeri egzotermnog procesa su sagorevanje goriva, kondenzacija i nuklearna fisija,^[5] koja se koristi u nuklearnim elektranama za oslobađanje velikih količina energije.^[6]

Endotermno

U endotermnoj reakciji ili sistemu, energija se uzima iz okoline u toku reakcije, obično vođena povoljnim povećanjem entropije u sistemu.^[7] Primer endotermne reakcije je hladni paket prve pomoći, u kome reakcija dve hemikalije, ili rastvaranje jedne u drugoj, zahteva kalorije iz okoline, i reakcija hladi kesicu i okolinu apsorbujući toplotu iz njih.^[8]

Fotosinteza, proces koji omogućava biljkama da pretvore ugljen-dioksid i vodu u šećer i kiseonik, je endotermni proces: biljke apsorbuju energiju zračenja sunca i koriste je u endotermnom, inače nespontanom procesu. Pohranjena hemijska energija može se osloboditi inverznim (spontanim) procesom: sagorevanjem šećera, koji daje ugljen-dioksid, vodu i toplotu (energija zračenja).^[9]

Oslobađanje energije

Egzotermno se odnosi na transformaciju u kojoj zatvoreni sistem oslobađa energiju (toplotu) u okolinu, izraženu kao

${\displaystyle Q>0.}$

Kada se transformacija odvija pri konstantnom pritisku i bez razmene električne energije, toplota Q je jednaka promeni entalpije, i.e.

${\displaystyle \Delta H<0,}$^[10]

dok je pri konstantnoj zapremini, prema prvom zakonu termodinamike, jednaka promeni unutrašnje energije (U), i.e.

${\displaystyle \Delta U=Q+0>0.}$

U adijabatskom sistemu (tj. sistemu koji ne razmenjuje toplotu sa okolinom), inače egzotermni proces dovodi do povećanja temperature sistema.^[11]

U egzotermnim hemijskim reakcijama, toplota koja se oslobađa reakcijom poprima oblik elektromagnetne energije ili kinetičke energije molekula.^[12] Prelazak elektrona sa jednog kvantnog energetskog nivoa na drugi izaziva oslobađanje svetlosti. Ova svetlost je po energiji ekvivalentna nekoj stabilizacionoj energiji za hemijsku reakciju, tj. energiji veze. Ovo svetlo koje se oslobađa može da se apsorbuje od strane drugih molekula u rastvoru da izazove molekularne translacije i rotacije, što dovodi do klasičnog razumevanja toplote. U egzotermnoj reakciji, energija aktivacije (energija potrebna za pokretanje reakcije) je manja od energije koja se naknadno oslobađa, tako da postoji neto oslobađanje energije.^[13]

Reference

1. „17.3: Exothermic and Endothermic Processes”. Chemistry LibreTexts (на језику: енглески). 2016-06-27. Приступљено 2024-06-26.
2. "Gate for the Greek language" on-line dictionary Архивирано 2017-12-05 на сајту . greek-language.gr
3. Sutton, Mike (2007-03-01). „Chemistry for the common good”. Chemistry World (на језику: енглески). Приступљено 2024-06-26.
4. „IUPAC - exothermic reaction (E02269)”. goldbook.iupac.org. The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). doi:10.1351/goldbook.e02269. Приступљено 2024-06-26.
5. Bashyal, Jyoti (2023-02-20). „Exothermic reactions with Important Examples”. scienceinfo.com (на језику: енглески). Приступљено 2024-06-26.
6. „Nuclear power plants - U.S. Energy Information Administration (EIA)”. www.eia.gov. Приступљено 2024-06-26.
7. Oxtoby, David W.; Gillis, H. P.; Butler, Laurie J. (2016). Principles of modern chemistry (8 изд.). Andover: Cengage Learning. стр. 617. ISBN 978-1-305-07911-3.
8. „The Cold Pack: A Chilly Example of an Endothermic Reaction - Let's Talk Science”. letstalkscience.ca (на језику: енглески). 2020-06-01. Приступљено 2024-06-26.
9. „Photosynthesis - What happens during photosynthesis? - OCR 21st Century - GCSE Combined Science Revision - OCR 21st Century”. BBC Bitesize (на језику: енглески). Приступљено 2024-06-26.
10. Oxtoby, D. W; Gillis, H.P., Butler, L. J. (2015).Principles of Modern Chemistry, Brooks Cole. p. 617. 978-1305079113
11. Perrot, Pierre (1998). A to Z of Thermodynamics. Oxford University Press. стр. 6—7. ISBN 0-19-856552-6.
12. „Potential Energy”. Chemistry LibreTexts (на језику: енглески). 2013-10-02. Приступљено 2024-06-26.
13. „Chapter 2 - Carbon-based fuels”. Heinemann Chemistry (на језику: енглески). 2 (6 изд.). Pearson. стр. 64—65. ISBN 9780655700098.