واکنش‏های گرماگیر در مقابل واکنش‏های گرماده

واکنش‏های گرماگیر و گرمازا اساسا با هم متفاوت هستند. این مقاله تفاوت بین این دو نوع واکنش را نشان می‏دهد.
هر چیزی که در طبیعت اتفاق می‏افتد، نوعی تغییر انرژی بوده و وابسته به جهت جریان انرژی دارد که تغییر ممکن است به عنوان واکنش گرماده و گرماگیر طبقه‏بندی شود. اجازه دهید تفاوت بین این دو نوع واکنش را شرح دهیم.

مقایسه‏ی واکنش های گرماگیر در مقابل گرماده

هر تغییری که در یک سیستم طبیعی مشاهده می‏کنید، شامل تراکنش انرژی می باشد. ترمودینامیک شاخه‏ای از فیزیک بوده که به مطالعه‏ی این تغییرات اختصاص داده شده است. ترکیبی از اصول شیمیایی و فیزیکی به منظور مطالعه‏ی ترمودینامیک واکنش‏های شمییایی مورد نیاز می‏باشد. به منظور درک نحوه‏ی انجام برخی از این واکنش‏های شیمیایی نیاز به درک واکنش‏های گرماده و گرماگیر می‏باشد. اغلب، تراکنش انرژی برای یک واکنش خاص می‏تواند در رابطه با احتمال اینکه واکنش به صورت خود به خودی اتفاق می‏افتد، به ما توضیح دهد. همه‏ی این‏ها وابسته به دانستن مقدار انرژی مورد نیاز به منظور انتشار یا جذب برای رخ دادن واکنش می‏باشد.

تفاوت های اساسی

ابتدا جازه دهید تا هر دو نوع متفاوت از این واکنش‏ها را تعریف کنیم. یک واکنش گرماگیر هر نوع واکنش شیمیایی یا فیزیکی بوده که نیاز به انرژی برای اجرای موفقیت آمیز آن می‏باشند. اندو به معنی درون و ترمیک مخفف گرما می‏باشد. یک واکنش شیمیایی که برای شکستن پیوندهای نیاز به انرژی خارجی از محیط اطراف می‏باشد. به همین دلیل واکنش های شمییایی که شامل شکستن پیوندهای پایدار در مولکول‏ها می‏باشد، واکنش‏های گرماگیر نامیده می‏شوند. انرژی جذب شده عمدتا به شکل گرما می‏باشد.
در مقابل واکنش گرماگیر، یک واکنش گرماده قرار دارد که شامل انتشار انرژی جهت اجرای موفقیت آمیز آن می‏باشد. اگزو مخفف خارجی بوده و ترمیک نشان‏دهنده‏ی گرما است. این انتشار انرژی اغلب در قالب گرما می‏باشد، که به صورت خود به خودی آزاد می‏شود. تشکیل یک پیوند جدید نیاز به انرژی پایینی داشته و بنابراین هنگامی که پیوندهای پایدار جدید بین اتم‏ها تشکیل می‏شوند، انرژی آزاد می‏شود. به همین دلیل، بسیاری از واکنش‏های تشکیل‏دهنده‏ی پیوند گرماده هستند. انتشار انرژی ممکن است به شکل‏های مختلفی صورت پذیرد. این انرژی ممکن است در قالب فوتون‏های آزاد شده و یا انرژی گرمایی آزاد شده به محیط اطراف انتشار یابد.

تغییر آنتالپی، انرژی درونی، آنتروپی

سه پتانسیل ترمودینامیکی وجود دارد که نیاز است هنگام ارزیابی نتیجه‏ی یک واکنش در نظر گرفته شود. این پتانسیل‏ها آنتالپی، انرژی درونی و آنتروپی می‏باشد. آنتالپی آن مقدار از کار مکانیکی (فشار – حجم) بوده که یک سیستم قادر به انجام آن می‏باشد. انرژی درونی مجموع کل انرژی پتانسیل (انرژی پیوند) و همچنین انرژی جنبشی (ارتعاشی، چرخشی) سیستم می‏باشد. آنتروپی معیاری از انرژی از دست رفته و مختل شده در یک سیستم می‏باشد.
در طول انجام یک واکنش گرماگیر در فشار ثابت، آنتالپی افزایش می‏یابد. اگر این نوع از واکنش در حجم ثابت رخ دهد، انرژی درونی افزایش می‏یابد. آنتروپی هرگز نمی‏تواند به طور کلی کاهش یابد. هرچند که ممکن است به نظر برسد به صورت موضعی در طول یک واکش گرماگیر آنتالپی کاهش می یابدف اما همیشه در سطح جهانی افزایش می یابد.
در طول یک واکنش گرماده، آنتروپی به واسطه‏ی انتشار گرما به طور قابل ملاحظه‏ای افزایش می یابد. هنگامی که واکنش در فشار ثابت رخ می‏دهد، آنتالپی کاهش یافته، در حالی که هنگامی که واکنش در حجم ثابت رخ می‏دهد، انرژی درونی کاهش می‏یابد.

مثال‏هایی در طبیعت

در این‏جا برخی نمونه‏های‏ واکنش‏های گرماده که ما در زندگی روزمره خود مشاهده می‏کنیم را بیان می‏کنیم.
بخار آب یا تراکم مه به عنوان قطرات شبنم، باعث انتشار گرما در این فرایند می‏گردد.
زنگ زدن آهن یک واکنش خودبه خودی و گرماده می‏باشد.
شکافت یکی دیگر از نمونه‏های واکنش بوده که قدرت راکتورهای هسته‏ای امروزی می‏باشد.
هر نوع احتراق خود به خودی از جمله سوختن چوب مثالی از واکنش‏های گرماده بوده که در این واکنش ها گرما تولید می‏شود.
واکنش‏های گرماگیر کمتر خود به خودی بوده، چون آن‏ها نیاز به یک انرژی خارجی دارند. این‏ها برخی از نمونه واکنش‏ها در زندگی روزمره‏ی ما می‏باشد.
فتوسنتز یک واکنش گرماگیر بوده که در گیاهان اتفاق می‏افتد، چون آن‏ها نیاز به انرژی خارجی در قالب نور خورشید یا فوتون های خورشیدی دارند.
ذوب مکعب‏های یخ فرایند دیگری بوده که نیاز به گرمای داخلی به منظور شکستن پیوندهای موجود در ساختار کریستالی دارد.
عملیات‏های طبیعی از طریق یک اصل حداقل واکنش صورت می‏گیرد و بنابراین حالات انرژی پایین نسبت به انرژی‏های بالا ترجیح داده می‏شود، چون آن‏ها باثبات‏تر هستند. بنابراین، بسیاری از واکنش‏های طبیعی خودبه خودی و گرماده هستند، در حالی که اکثر واکنش‏های مصنوعی گرماگیر هستند.