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Reazioni esotermiche

Quando avviene una reazione chimica viene assorbita o rilasciata energia sotto forma di calore. Una reazione in cui viene rilasciata energia è detta esotermica e mano a mano che decorre il recipiente di reazione si riscalda. In generale una reazione esotermica può essere così rappresentata:
A + B → C + D + calore

Nella reazione si rompono i legami presenti nei reagenti e si formano nuovi legami nei prodotti. Tutti i legami chimici hanno una certa forza e necessitano di una determinata energia per potersi rompere.  Quest’ultima è fornita dalla collisione tra i reagenti o da un riscaldamento esterno; analogamente la formazione di legami chimici comporta l’emissione di energia. La variazione complessiva di energia durante una reazione chimica, detta calore di reazione  è indicata con ΔH ed è espressa in genere in kJ/mol.

A seconda della variazione di energia che si verifica le reazioni chimiche sono classificate in reazioni esotermiche e reazioni endotermiche.

Nelle reazioni esotermiche l’energia viene fornita sotto forma di calore; l’energia del prodotti  H_p  è quindi minore rispetto a quella dei reagenti H_r e quindi la variazione di energia,  più nota come variazione di entalpia ΔH è minore di zero in quanto ΔH = H_p – H_r. Infatti poiché H_p< H_r si ha  ΔH < 0. Un esempio di reazione esotermica è la combustione in cui l’energia viene emessa sotto forma di calore.

Per il principio di conservazione dell’energia alla diminuzione di energia potenziale che si verifica in una reazione esotermica corrisponde un aumento di energia cinetica e quindi le molecole si muovono con una velocità maggiore e, conseguentemente, la temperatura aumenta.

Esempi

Un esempio di reazione esotermica è costituito, ad esempio dalla reazione tra la calce viva e l’acqua:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + calore

Il calore sviluppato dalla reazione riscalda l’acqua prodotta nel corso della stessa.

Quando l’acido cloridrico diluito viene aggiunto allo zinco metallico con produzione di idrogeno si verifica una reazione esotermica:

Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂ + calore

Quando una mole di carbonio reagisce con una mole di ossigeno per dare una mole di biossido di carbonio si sviluppano, a pressione e temperatura costanti, 393.5 kJ. Questa reazione esotermica può essere espressa come:

C_(s) + O_2(g) → CO_2(g) + 393.5 kJ

oppure come:

C_(s) + O_2(g) → CO_2(g)   ΔH = – 393.5 kJ

Esempi tipici di reazioni esotermiche, oltre alla combustione sono le reazioni di neutralizzazione, l’aggiunta di acido concentrato all’acqua, molte reazioni di ossidazione dei metalli, la maggior parte delle polimerizzazioni, la respirazione, la decomposizione di sostanze vegetali.

Le reazioni esotermiche spesso sono accoppiate a reazioni endotermiche: l’energia sviluppata dalla reazione esotermica costituisce il traino per la reazione endotermica.

L’esotermicità di alcune reazioni è sfruttata, ad esempio, nel lancio dei razzi nello spazio.

Un razzo a combustibile utilizza, quale propellente, una miscela di perclorato di ammonio solido NH₄ClO₄  e di alluminio per produrre un ossido di alluminio solido, acido cloridrico gassoso, azoto, vapore e calore.

La reazione chimica che avviene è:

6 NH₄ ClO₄ + 10 Al = 5 Al₂O₃ + 6 HCl + 3 N₂ + 9 H₂O + calore