تعد التفاعلات الطاردة للحرارة ظاهرة كيميائية تحدث عندما تتحرك التفاعلات الكيميائية بصورة تتطلب توفير طاقة حرارية من الخارج، وبشكل عام، تكون هذه التفاعلات غير قادرة على الحدوث بشكل طبيعي في ظروف درجات الحرارة المعتادة، وإلا فإنها تحتاج إلى إضافة حرارة إضافية لتحقيق التفاعل، في هذا المقال عبر موقع الشعاع، سنستعرض مفهوم التفاعلات الطاردة للحرارة، وكيفية حدوثها، وأمثلة على بعض التفاعلات الطاردة للحرارة، بالإضافة إلى تطبيقاتها العملية والصناعية.

ما هي التفاعلات الطاردة للحرارة؟

يتم تعريف التفاعل الطارد للحرارة على أنه التفاعل الذي يطلق الحرارة بعد التفاعل الذي يحدث بين المواد المتفاعلة ، د وتأتي هذه التفاعلات في عدة أشكال بما في ذلك: الحرارة أو الضوء.

وتجدر الإشارة إلى أن التغير في المحتوى الحراري في هذه التفاعلات سالب ، مما يعني أن كمية الطاقة الحرارية المطلوبة لبدء التفاعل الطارد للحرارة أقل من الكمية المنبعثة في العملية.

معادلة التفاعلات الطاردة للحرارة لها الصيغة العامة التالية:

المتفاعلات = المنتجات + كمية الحرارة

أمثلة على التفاعلات الطاردة للحرارة

تختلف أمثلة التفاعلات الطاردة للحرارة من حولنا ، وأبرزها مذكورة أدناه:

  • تفاعلات الاحتراق

يحدث عندما تتفاعل مادة ما مع غاز الأكسجين في الوسط المحيط ويؤدي هذا التفاعل إلى توليد طاقة حرارية على شكل حرارة وضوء ، مما يجعلها مصنفة في تفاعلات طاردة للحرارة ، ومن الأمثلة البارزة على تفاعلات الاحتراق تفاعل الإيثانول. والتي يمكن تمثيلها في المعادلات التالية:

C2H5OH (L) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g)

موازنة المعادلة تصبح:

C2H5OH (L) + 3O2 (g) → 2CO2 (ز) + 3H2O (ز)

  • تفاعل صدأ الحديد

يحدث تفاعل صدأ الحديد عندما يتعرض الحديد لغاز الأكسجين من الوسط المحيط به في ضوء الرطوبة ، حيث يبدأ أكسيد الحديد بالتشكل عندما تتحد ذرات الأكسجين مع ذرات الحديد على مدى فترة زمنية طويلة ، والمعادلة التالية توضح هذا التفاعل:

4Fe + 3O2 + 2xH2O → 2Fe2O3.xH2O

  • تفاعل الميثان

يعتبر تفاعل غاز الميثان بمثابة تفاعل طارد للحرارة ينتج عنه هيدرو كبريتيد الأمونيوم ، والذي يمكن تمثيله في معادلة التفاعل التالية:

NH3 (g) + H2S (g) → NH4SH (s)

  • التفاعلات مع الماء

يتم تصنيف بعض تفاعلات الماء إلى تفاعلات طاردة للحرارة عندما تذوب فيها بعض المركبات والتفاعلات الكيميائية الأكثر شهرة التي تمثل ذلك ؛ يتم عرض تفاعل كلوريد الكالسيوم مع الماء ، الذي ينتج طاقة حرارية ومركبات أخرى ، في المعادلة التالية:

CaCl2 + H2O → Ca (OH) 2 + حمض الهيدروكلوريك

  • ردود الفعل ربط

تعتبر تفاعلات التحييد تفاعلات طاردة للحرارة تحدث بين حمض وقاعدة وعادة ما ينتج عنها مركب ماء مالح بالإضافة إلى الطاقة الحرارية. ومن أشهر الأمثلة على هذه التفاعلات تفاعل هيدروكسيد الصوديوم مع ، والممثلة في المعادلة الكيميائية التالية:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

احسب التغير في المحتوى الحراري في التفاعلات الطاردة للحرارة

احسب التغير في المحتوى الحراري (تغيير المحتوى الحراري (ΔH)) للتفاعلات الطاردة للحرارة وفقًا للصيغة التالية:

تغير المحتوى الحراري = كمية الطاقة المستهلكة في التفاعل كمية الطاقة المنبعثة في التفاعل

مثال

إذا علمت أن الطاقة التي يمتصها التفاعل لكسر مول واحد من الروابط تساوي 436 كيلوجول ، والطاقة الممتصة لكسر مول واحد من روابط الحديد تساوي 158 كيلوجول ، والحرارة التي تنبعث من التفاعل ل يساوي مول واحد من فلوريد الهيدروجين 568 كيلوجول ، كما هو موضح في المعادلة الكيميائية أدناه ، أوجد التغير في المحتوى الحراري للتفاعل.

H₂ (ز) + F2 (ز) → 2HF

الحل:

  • أوجد مقدار الحرارة لعدد مولات فلوريد الهيدروجين
  • كمية الحرارة المعطاة لتكوين مولتين من فلوريد الهيدروجين = 2 × 568
  • كمية الحرارة المنبعثة لتكوين مولتين من فلوريد الهيدروجين هي 1136 كيلو جول
  • أوجد التغيير في المحتوى الحراري للتفاعل بالمعادلة التالية:
  • تغير المحتوى الحراري = كمية الطاقة المستهلكة في التفاعل كمية الطاقة المنبعثة في التفاعل
  • تغيير المحتوى الحراري = (436 + 158) (1136)
  • تغيير المحتوى الحراري = 5941136
  • التغير في المحتوى الحراري = 542 كيلوجول ويلاحظ أن التغير في المحتوى الحراري له إشارة سلبية وهذا يعني أن التفاعل طارد للحرارة.

الفرق بين التفاعلات الطاردة للحرارة والتفاعلات الماصة للحرارة

يظهر الفرق بين المواد الطاردة للحرارة والماصة للحرارة في الجدول أدناه:

وجه المقارنة تفاعل طارد للحرارة تفاعل إمتصاص الحرارة
حالة الطاقة يطلق التفاعل طاقة على شكل ضوء أو حرارة يتم امتصاص الطاقة لكسر الروابط الكيميائية وتشكيل روابط كيميائية جديدة
التغيير الحراري إشارة سلبية علامة إيجابية
أمثلة الانفجارات والانشطار النووي وتفاعلات الترسيب