発熱反応：プロセス、種類、例 - 化学 - 2024

発熱反応は、主に熱や光の放出の形態で、エネルギーの移動が起こる化学反応の一種です。例えば、何かが燃焼するあらゆる燃焼反応で、発熱反応が起こります。

日常生活の中で、さまざまな発熱反応が自然に、またはさまざまな場所の温度の変化を引き起こすことによってどのように発生するかを確認することは一般的です。これらの温度変化は、温度計を使用して測定できます。

発熱による発熱反応

この意味で、発熱反応は、他のタイプのエネルギーを、それらが生成される媒体に伝達する可能性があります。これは、高温で気相にある物質が暴力的な方法。

同様に、電池の使用の場合、発熱タイプの反応も行われ、この場合にのみ電気エネルギーが輸送されます。

これらの反応の反対は、エネルギーを吸収する吸熱反応です。

処理する

試合の燃焼は発熱反応です

発熱反応が発生すると、エネルギー放出が発生することが以前に述べられています。これは、次の方程式でより簡単に視覚化できます。

試薬（s）→製品（s）+エネルギー

したがって、システムによって吸収または放出されるエネルギーを定量化するために、エンタルピーと呼ばれる熱力学パラメータ（「H」と表示）が使用されます。システム（この場合は化学反応）で周囲に向かってエネルギーが放出される場合、エンタルピーの変化（ΔHで表される）は負の値になります。

そうでなければ、この測定値の変動が正の場合、それは周囲からの熱の吸収を反映しています。同様に、システムのエンタルピーの変化の大きさは、環境との間で転送されるエネルギー量の表現です。

ΔHの大きさが大きいほど、システムから周囲の環境へのエネルギーの放出が大きくなります。

これは、これらの反応で、新しい結合が作成されたときに解放される正味エネルギーが、結合の断片化に使用される正味エネルギーより大きいために発生します。

上記から、反応生成物は結合に蓄積されたエネルギー量が最初に反応物に含まれるエネルギーよりも大きいため、このクラスの反応は非常に一般的であると推測できます。

タイプ

実験室であろうと産業であろうと、化学のさまざまな分野にはさまざまな種類の発熱反応があります。自発的に行われるものもあれば、生成される触媒として特定の条件やある種の物質を必要とするものもあります。

最も重要なタイプの発熱反応を以下に示します。

燃焼反応

燃焼反応は、1つまたは複数の物質が酸素と反応して、一般に炎が生成されるときに光と熱エネルギー、つまり光と熱を放出するときに発生するレドックスタイプの反応です。

中和反応

中和反応は、酸性種とアルカリ性物質（塩基）が相互作用して塩と水を形成することを特徴とし、発熱性を示します。

酸化反応

炭化水素の酸化で発生するように、酸素の酸化が大量のエネルギーの放出を引き起こすため、このタイプの多くの反応が発熱挙動を示します。

テルミット反応

この反応は約3000°Cの温度を生成することができ、多数の金属酸化物とのアルミニウム粉末の高い親和性により、鋼鉄と鉄の溶接に使用されます。

重合反応

このタイプの反応は、モノマーと呼ばれる特定の数の化学種が反応するときに発生する反応です。モノマーと呼ばれる化学種は、結合すると、ポリマーと呼ばれる高分子構造を形成するために鎖状に繰り返されます。

核分裂反応

このプロセスは、重いと見なされる原子の原子核の分割（つまり、質量数（A）が200を超える）を分割して、中間の質量を持つ小さいサイズのフラグメントまたは核を生成することを指します。

この反応では、1つ以上の中性子が形成されると、重量の大きい原子核はその生成物よりも安定性が低いため、大量のエネルギーが放出されます。

その他の反応

硫酸と反応するときのいくつかの炭水化物の脱水、外気にさらされた水酸化ナトリウムによってもたらされる水の吸収、または多くの腐食反応における金属種の酸化など、関連性の高い他の発熱反応もあります。

発熱反応の例

以下は、発熱反応のいくつかの例です。これらは、エネルギーを放出するという事実のために、負の値を持つエンタルピーの変動を生み出します。

ロウソク

パラフィンとキャンドルの芯が燃焼する過程で発熱反応が起こり、熱と光が発生します。

リンに点火する

マッチが点灯すると、それを構成する化学物質と空気中に存在する酸素との間に反応が発生します。このようにして、光と熱の両方を生成する発熱反応が生成されます。

呼吸する

呼吸プロセスは、ガス交換中に細胞内で発熱反応を引き起こします。このようにして、グルコースは酸素とともに二酸化炭素と熱に変換されます。

薪を燃やす

木を燃やすと発熱反応が生じ、この反応の結果として生じる生成物は熱と温度として現れます。

プロパン燃焼

たとえば、プロパンの燃焼は自然発熱反応です。

C ₃ H ₈（g）+ 5O ₂（g）→3CO ₂（g）+ 4H ₂ O（l）

炭酸ナトリウム-塩酸中和反応

発熱挙動の別の例は、炭酸ナトリウムと塩酸の間の中和反応によって示されます：

NaHCO ₃（aq）+ HCl（aq）→NaCl（aq）+ H ₂ O（l）+ CO ₂（g）

エタノールの酢酸への酸化

ブリーライザーで使用されるエタノールから酢酸への酸化も示され、その完全な反応は次の式で示されます。

3CH ₃ CH ₂ OH + 2K ₂ Cr ₂ O ₇ + 8H ₂ SO ₄ →CH ₃ COOH + 2Cr（SO ₄）₃ + 2K ₂ SO ₄ + 11H ₂ O

テルミット反応

別の種類の発熱反応は、いわゆるテルミット反応であり、以下に例示するように、アルミニウムは金属酸化物と結合します。

2Al（s）+ Fe ₂ O ₃（s）→Al ₂ O ₃（s）+ Fe（l）

削りくず＋酢

この混合物は、酢の作用のおかげで鋼が酸化プロセスを経る遅い燃焼の形として機能します。

「犬の吠え声」

この反応は、犬の吠え声に似た音を発するため、この名前が付けられています。

この反応は、亜酸化窒素と一酸化窒素および重硫酸炭素が混合されている実験室のチューブ内で行われます。

ガラス瓶＋アルコール

前述の実験で生成された反応と同様に、炎が発生するようにガラス瓶をアルコールでこすっています。

洗濯洗剤+水

洗濯洗剤石鹸が溶解すると、発熱反応が見られます。これは、家庭での発熱反応の最も簡単に観察できる例の1つです。

象の歯磨き粉

これは、発熱反応のダイナミクスを説明するために一般的に使用される実験です。これは、いくつかの石鹸媒体への過酸化水素の溶解で構成されているため、この方法で大量の泡が生成されます。

触媒（ヨウ化カリウム）がこの混合物に添加され、過酸化物の迅速な分解を助けます。

硫酸+砂糖

砂糖の脱水プロセスは明らかな発熱反応を引き起こします。硫酸と砂糖を混ぜると脱水されて黒煙の柱ができ、骨が焼けたようなにおいがします。

ナトリウム+水

ナトリウムまたはアルカリ性媒体は水と強く反応します。水にアルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム）を加えると、反応する必要があります。

元素の数が周期表で多いほど、反応は強くなります。

酢酸ナトリウム

酢酸ナトリウムはホットアイスとして知られています。この材料は、冷たい溶液を放出する代わりに、熱を放出する凍結溶液の結晶化から始まります。

その外観から「氷」と呼ばれていますが、結晶化した酢酸ナトリウムは、実際にはハンドウォーマーの製造に使用される最も一般的な材料の1つです。

ソーダ+酢

この混合物は、大量の泡を生成する発熱反応を生成するため、火山の爆発を模倣するために一般的に使用されます。

瓶の中の魔神

この実験では、過酸化水素（過酸化水素）が過マンガン酸カリウムと混合されます。このようにして、過マンガン酸塩は過酸化水素を分解し、大量の煙と熱を放出させます。

爆弾グミ

グミベアはスクロース（砂糖）が豊富で、高温で塩素酸カリウムと混合すると、グミベアの激しい爆発と動きを引き起こします。

チューブの雷

この反応は、腐食性の酸がアルコールまたはアセトンと混合されたときに発生します。

このように、激しい化学反応が見られ、その結果、管内で稲妻のような光が発生します。

凍結水

このプロセスの間、水は熱の形でエネルギーを放出するため、水の立方体が凍結すると、発熱反応が起こります。

金属の腐食

純粋な金属、つまり空気と接触したときの自然の状態では、発熱とともに酸化反応が生じるため、このプロセスは発熱性であると言われています。

ガス燃焼プロセス

メタンや天然ガスなどのガスの燃焼プロセスは、発熱反応として現れる発熱反応を引き起こし、場合によっては、制御された方法で燃焼が発生すると、光を発生させることもできます。

その他の

前に説明した例に加えて、堆肥化のための廃棄物中の特定の有機物質の分解など、発熱と見なされるさまざまな反応があります。

それはまた、ルシフェラーゼ酵素の作用によるルシフェリン色素の酸化を強調し、他の多くの反応の中で、ホタルの特徴的な生物発光、さらには呼吸さえも生み出します。

参考文献

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