Некоторые химические реакции - например, сжигание древесины или взрыв тротила - выделяют тепло в окружающую среду. Химики называют эти экзотермические реакции. Повышение температуры влияет на экзотермическую реакцию двумя различными способами: путем изменения скорости реакции и путем изменения баланса между продуктами и реагентами в конце реакции.

Скорость реакции

Почти все реакции протекают быстрее при повышении температуры, включая экзотермические реакции. Например, реакция между кислородом в воздухе и химическими веществами на кончике спички при комнатной температуре настолько медленная, что кажется, что ничего не происходит. Однако, когда вы нагреваете кончик спички, ударяя его о полосу защелки на коробке, температура увеличивается, а вместе с этим и скорость реакции, пока она не сгорит горячим пламенем. В общем, чем больше вы повышаете температуру экзотермической реакции, тем быстрее она будет идти.

Равновесный

Большинство химических реакций могут идти обоими путями, то есть они могут идти вперед и превращать реагенты в продукты или протекать наоборот и превращать продукты в реагенты. Когда реакция идет вперед, реагенты постепенно истощаются, а продукты начинают накапливаться, поэтому прямая реакция замедляется, а обратная реакция ускоряется. В конечном счете скорости прямой и обратной реакций одинаковы, поэтому, хотя реакция продолжается, количества продуктов и реагентов не меняются. Это устойчивое состояние называется равновесием.

Принцип Ле Шателье

Соотношение реагентов к продуктам в равновесии зависит от конкретной химической реакции. Для чего-то вроде огня, например, мало, если какой-либо реагент остается в равновесии, тогда как для чего-то вроде реакции между азотом и водородом с образованием аммиака, много реагентов может оставаться в равновесии. Принцип Ле Шателье в основном гласит, что все химические системы хотят достичь равновесия и оставаться в нем. Если вы добавляете продукты реакции в химическую систему в равновесном состоянии, вы можете ожидать, что некоторое количество продукта будет превращаться в реагенты, в то время как если вы добавляете реагенты, некоторое количество реагентов будет превращаться в продукты, чтобы поддерживать равновесие.

Тепло и равновесие

Для экзотермической реакции тепло по существу является продуктом реакции. В соответствии с принципом Ле-Шателье, если вы повышаете температуру, вы увеличиваете количество продуктов, и поэтому вы смещаете баланс в равновесии обратно к реагентам, что означает, что в равновесии останется больше реагентов. Чем выше температура, тем дальше равновесие смещается обратно к реагентам. Известным примером является реакция между водородом и азотом с образованием аммиака. Реакция настолько медленная при комнатной температуре, что ничего не происходит. Однако если вы повысите температуру, чтобы ускорить реакцию, баланс в равновесии сместится обратно к реагентам, и будет получено очень мало аммиака.