화학에서 발열 반응 일반적으로 일부 양의 에너지가 방출되는 화학 반응을 말합니다. 발열 반응의 반대는 주변 환경에서 열을 취하는 흡열 반응입니다.
발열 반응의 특성은 일반적인 화학적 방정식으로 발현 될 수있다 :반응물 → 제품 + 에너지; 따라서 발열 반응은 화학 생성물과 에너지 방출을 초래합니다.
발열 반응은 방출 된 에너지가 외부 시스템에서 물리적 작업을 수행하는 데 사용될 수 있으므로 기술 응용 분야에서 중요합니다. 이것의 가장 일반적인 예는 표준 자동차의 내연 기관에 있습니다. 가솔린의 연소 반응에서 방출 된 열은 엔진 피스톤에 물리적 힘을 가하여 움직입니다. 피스톤은 그 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 자동차 바퀴의 회전을 유발합니다. 발열 반응은 폭발 물질에서도 일반적입니다.
발열 반응에서 에너지의 방출은 화학 시스템에 포함 된 총 에너지의 양과 관련이있다. 화학 시스템의 총 에너지를 정확하게 측정하는 것은 매우 어렵 기 때문에 과학자들은 변화를 측정합니다 시간이 지남에 따라 시스템의 에너지. 이 값은 엔탈피 변경 로 알려져 있습니다 변수 Δ h. 로 표시됩니다 엔탈피 변화는 내부 에너지의 양과 동일하며 화학 반응을 통해 해당 시스템을 변화시키는 데 필요한 에너지입니다. 엔탈피 변화를 다음과 같이 생각할 수 있습니다.
Δ h =생성물 결합 형성에 사용되는 에너지 - 반응물 결합 파괴에서 방출 된 에너지.
모든 발열 반응에 대해 Δemh <0. 값은 부정적인 반응 방출 때문입니다 에너지, 따라서 발열 반응 후 시스템의 총 에너지는 시작된 것보다 적습니다. 예를 들어, 연소 수소 반응에 대한 방정식은 다음과 같습니다.
2h 2 (g) + o 2 (g) → 2h 2 o (g)
이 반응의 각각의 엔탈피 변화는 다음과 같습니다.
Δ h =-483.6 kj/mol of o 2 .
화학 반응이 환경으로의 열을 방출함에 따라 값은 음수입니다.
발열 반응의 예
연소
일상 생활에서 발생하는 가장 명백하고 일반적인 종류의 발열 반응은 연소입니다. 연소는 산화 된 제품을 생성하는 고온 발열 반응을 나타냅니다. 연소에는 산소와 열이 필요합니다. 예를 들어, 천연 가스 (메탄)의 연소 반응은 다음과 같습니다.
ch 4 [g] + 2 o 2 [g] -> co 2 [g] + 2 H 2 o [g] + 에너지.
이 반응 동안, 반응물의 탄화수소 및 산소 결합이 파손된다. 반응물 산소 분자의 이중 결합은 이산화탄소 및 물 생성물의 단일 결합보다 훨씬 약하기 때문에, 반응은 환경에 많은 양의 열을 방출한다. 종종 연소 반응에서 생성 된 열은 반응을 자기 촉진하기에 충분하므로 더 이상 반응물이 남지 않을 때까지 연소가 계속 될 것입니다.
.이용 가능한 산소의 양에 따라 연소 반응이 완전하거나 불완전 할 수 있습니다. 완전한 연소 반응에서, 단위 반응 당 이산화탄소 분자를 생성하기에 충분한 산소가있다. 불완전한 연소 반응에서, 산소가 부족하면 독성 가스 인 일산화탄소의 생산이 발생합니다. 불완전한 연소 산물은 대기의 가스와 반응하여 질산과 황산 비를 생성 할 수 있습니다.
열미이트
Thermite는 금속 분말 및 금속 산화물의 불꽃 성분입니다. 가장 흔한 다양한 열 마이트는 철 (III) 산화물 (Fe 2 로 만들어집니다. o 3 ) 및 알루미늄이지만 일부 품종은 산화 붕소, 산화 구리 또는 산화 납을 사용합니다. 반응물은 실온에서 안정적이지만, 가열되면, 열 마트는 다량의 열을 방출하는 극도로 폭력적인 발열 반응을 겪습니다. 산소는 철보다 알루미늄으로 더 안정적인 결합을 형성하므로 조성이 가열되면 알루미늄은 철에서 산소를 훔쳐 화학 결합에 저장된 에너지를 방출합니다. 철 (III)을 사용한 열 마석 반응의 일반적인 공식은 다음과 같습니다.
fe 2 o 3 + 2 al → 2 Fe + al 2 o 3 .
열 마석 반응은 매우 뜨겁다. 일부 품종의 열 마이트의 경우 최대 2500 ° C. 이 고열 반응에는 많은 산업 응용 분야가 있으며 대부분 금속과의 작업과 관련이 있습니다. 안정적인 고온 반응이 금속을 결합하기에 충분한 열을 생성하기 때문에 열 마이트 반응은 일반적으로 용접 목적으로 사용됩니다. 방출 된 열이 용접 횃불 주위에 가스의 기포를 생성하기 때문에 Thermite는 심지어 수중 용접에 사용될 수 있습니다. 열 마이트 반응은 또한 원소의 샘플을 정화하는데 사용될 수 있으며, 맨해튼 프로젝트에 사용되는 우라늄을 생성하기 위해 변형 된 열 반응을 사용했다.
.핵분열
핵 핵분열은 무거운 원자의 핵이 조각으로 나뉘어 가벼운 요소를 만들고 에너지를 방출하는 특수한 유형의 발열 반응입니다. 핵분열 동안, 에너지는 열, 운동 에너지 및 감마 광자 (고 에너지 방사선 형태)의 형태로 방출됩니다. 핵분열 반응은 매우 강력하며 핵무기와 원자로의 기본 메커니즘입니다. 화학 결합의 파괴 및 새로운 화학적 결합의 형성을 포함하는 다른 종류의 발열 반응과 달리, 핵분열 반응은 핵 의 결과입니다. 채권; 원자 핵의 입자 사이의 결합. 이 유대는 매우 활기차고, 부러지면 많은 양의 에너지를 방출합니다.
핵 핵분열은 생성물이 원래 원자와 다른 원소이기 때문에 핵 변형의 한 형태이다. 일반적으로, 생성 된 핵은 일반적으로 3 :2 원자 질량의 비율로 비슷한 원자 크기입니다. 불행히도,이 제품들은 거의 항상 방사능이므로 핵분열 반응의 폐기물을 저장하는 문제를 야기합니다.
일부 요소, 특히 높은 원자 수 요소는 자발적 핵분열을 겪지 만 일반적으로 핵분열에는 외부 에너지가 필요합니다. 원자로와 폭탄에서, 무거운 원자 핵은 유리 중성자로 폭격되어 핵을 분해합니다. 생성 된 핵분열 반응은 더 많은 중성자를 방출합니다. 충분한 공간에 이용 가능한 반응물이 충분하고 충분한 중성자가있는 경우, 자체 유지 핵 연쇄 반응이 발생합니다. 자체 유지 핵 핵분열 반응에 필요한 반응물의 질량을 "임계 질량"이라고합니다.
