В термодинамике экзотермический процесс (от древнегреческого έξω ( éxō ) «наружу» и θερμικός ( thermikós ) «тепловой») [1] — термодинамический процесс или реакция , которая высвобождает энергию из системы в окружающую среду , обычно в виде тепла , но также в виде света (например, искры, пламени или вспышки), электричества (например , батареи) или звука (например, взрыва, слышимого при горении водорода). Термин экзотермический был впервые введен французским химиком XIX века Марселленом Бертло .
Противоположностью экзотермического процесса является эндотермический процесс, при котором энергия обычно поглощается в виде тепла. Эта концепция часто применяется в физических науках к химическим реакциям , в которых энергия химической связи преобразуется в тепловую энергию (тепло).
Экзотермические и эндотермические описывают два типа химических реакций или систем, встречающихся в природе, а именно:
После экзотермической реакции в окружающую среду выделяется больше энергии, чем было поглощено для инициирования и поддержания реакции. Примером может служить горение свечи, при котором сумма калорий, образующихся при сгорании (определяется путем наблюдения за лучистым нагревом окружающей среды и производимым видимым светом, включая увеличение температуры самого топлива (воска), которое преобразуется в горячий CO 2 и водяной пар) превышает количество калорий, первоначально поглощенных при зажигании пламени и при поддержании пламени (некоторая энергия реабсорбируется и используется при плавлении, затем испарении воска и т. д., но значительно превосходит энергию, выделяющуюся при в CO 2 и H 2 O).
В эндотермической реакции или системе энергия забирается из окружающей среды в ходе реакции, что обычно обусловлено благоприятным увеличением энтропии в системе. Примером эндотермической реакции является холодный компресс для оказания первой помощи, в котором реакция двух химических веществ или растворение одного в другом требует калорий из окружающей среды, а реакция охлаждает сумку и окружающую среду, поглощая из них тепло.
Фотосинтез , процесс, который позволяет растениям преобразовывать углекислый газ и воду в сахар и кислород, является эндотермическим процессом: растения поглощают лучистую энергию солнца и используют ее в эндотермическом, иначе говоря, неспонтанном процессе. Запасенная химическая энергия может быть освобождена обратным (самопроизвольным) процессом: сгоранием сахара с образованием углекислого газа, воды и тепла (лучистой энергии).
Экзотермический относится к преобразованию, при котором закрытая система выделяет энергию (тепло) в окружающую среду, выражаемую выражением
Когда превращение происходит при постоянном давлении и без обмена электрической энергией , теплота Q равна изменению энтальпии , т. е.
а при постоянном объеме , согласно первому закону термодинамики, оно равно изменению внутренней энергии ( U ), т.е.
В адиабатической системе (т. е. системе, которая не обменивается теплом с окружающей средой) экзотермический процесс в противном случае приводит к увеличению температуры системы. [3] [ нужна страница ]
В экзотермических химических реакциях тепло, выделяющееся в результате реакции, принимает форму электромагнитной энергии или кинетической энергии молекул. Переход электронов с одного квантового энергетического уровня на другой вызывает выделение света. Этот свет по энергии эквивалентен некоторой энергии стабилизации энергии химической реакции, т. е. энергии связи . Этот высвобождаемый свет может поглощаться другими молекулами в растворе , вызывая перемещение и вращение молекул, что дает начало классическому пониманию тепла. В экзотермической реакции энергия активации (энергия, необходимая для начала реакции) меньше энергии, которая впоследствии высвобождается, поэтому происходит чистое высвобождение энергии.
Некоторые примеры экзотермических процессов: [4]
Химические экзотермические реакции обычно более спонтанны, чем их аналоги, эндотермические реакции .
В термохимической реакции, которая является экзотермической, тепло может быть включено в число продуктов реакции.
