ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया

विस्फोट सबसे तेज ऊष्माक्षेपी अभिक्रियाओं में से एक हैं।

उष्मागतिकी में ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया एक ऊष्मागतिकी प्रक्रम या रासायनिक अभिक्रिया है जो निकाय से ऊर्जा को उसके परिवेश में स्थानान्तरित होती है। सामान्यतः ऊर्जा का यह स्थानान्तरण ऊष्मा के रूप में होता है लेकिन कभी कभी यह प्रकाश (जैसे चिंगारी, लौ, या फ्लैश), विद्युत (उदाहरण के लिए बैटरी) या ध्वनि (उदाहरण के लिए हाइड्रोजन जलते समय सुनाई देने वाला विस्फोट) के रूप में भी होता है। उष्माक्षेपी का तुल्य अंग्रेज़ी शब्द एक्ज़ोथिर्मिक पहली बार 19वीं सदी के फ्रांसीसी रसायनज्ञ मार्सेलिन बर्थेलॉट द्वारा गढ़ा गया था।

ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया के विपरीत एक ऊष्माशोषी प्रक्रिया है, जो आमतौर पर ऊष्मा के रूप में ऊर्जा को अवशोषित करती है। इस अवधारणा को अक्सर भौतिक विज्ञान में रासायनिक अभिक्रियाओं पर लागू किया जाता है जहाँ रासायनिक आबंध ऊर्जा को ऊष्मीय ऊर्जा (गर्मी) में परिवर्तित किया जाता है।

दो प्रकार की रासायनिक अभिक्रियाएँ

ऊष्माक्षेपी और ऊष्माशोषी प्रकृति में पाई जाने वाली दो प्रकार की रासायनिक अभिक्रियाओं या प्रणालियों का वर्णन इस प्रकार हैं:

ऊष्माक्षेपी

एक ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया के बाद, अभिक्रिया शुरू होने से पहले और अभिक्रिया जारी रखने के लिए जितनी ऊर्जा अवशोषित की जाती है, उससे अधिक ऊर्जा आसपास के वातावरण में उत्सर्जित की जाती है। एक उदाहरण के रूप में मोमबत्ती का जलना होगा, जिसमें दहन से उत्पन्न कैलोरी का योग (आसपास के तेज ताप और उत्पादित दृश्य प्रकाश को देखकर पाया जाता है, जिसमें ईंधन (मोम) के तापमान में वृद्धि भी शामिल है, जिसे परिवर्तित किया जाता है) गर्म CO₂ और जल वाष्प) शुरू में लौ को जलाने और लौ को बनाए रखने में अवशोषित कैलोरी की संख्या से अधिक हो जाती है (कुछ ऊर्जा को पुन: अवशोषित किया जाता है और पिघलने, फिर मोम को वाष्पीकृत करने आदि में उपयोग किया जाता है, लेकिन जब जारी की गई ऊर्जा से यह कहीं अधिक होती है) में CO₂ और H₂O उत्पन्न होते हैं)।

ऊष्माशोषी

ऊष्माशोषी अभिक्रिया या प्रक्रिया में, अभिक्रिया के दौरान परिवेश से ऊर्जा ली जाती है, जो सामान्यतः निकाय में अनुकूल एन्ट्रापी वृद्धि से प्रेरित होती है। ऊष्माशोषी अभिक्रिया का एक उदाहरण प्राथमिक चिकित्सा कोल्ड पैक है, जिसमें दो रसायनों की अभिक्रिया, या एक को दूसरे में घोलने के लिए परिवेश से कैलोरी की आवश्यकता होती है, और अभिक्रिया उनसे ऊष्मा को अवशोषित करके निकाय की दीवार और परिवेश को ठंडा करती है।

प्रकाश संश्लेषण, वह प्रक्रिया जो पौधों को कार्बन डाइऑक्साइड और पानी को चीनी और ऑक्सीजन में परिवर्तित करने की अनुमति देती है, एक ऊष्माशोषी प्रक्रिया है: पौधे सूर्य से उज्ज्वल ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और इसे ऊष्माशोषी, अन्यथा स्वतः-स्फूर्त प्रक्रिया में उपयोग नहीं करते हैं। संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा को विपरीत (स्वतःस्फूर्त) प्रक्रिया द्वारा मुक्त किया जा सकता है: चीनी का दहन, जो कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और गर्मी (उज्ज्वल ऊर्जा) देता है।

ऊर्जा का उत्सर्जन

ऊष्माक्षेपी एक ऐसे परिवर्तन को संदर्भित करता है जिसमें एक बंद प्रणाली परिवेश में ऊर्जा (गर्मी) छोड़ती है, जिसे व्यक्त किया जाता है

$Q>0.$

जब परिवर्तन स्थिर दबाव पर और विद्युत ऊर्जा के आदान-प्रदान के बिना होता है, तो ऊष्मा Q एन्थैल्पी परिवर्तन के बराबर होती है, अर्थात

$\Delta H<0,$

जबकि स्थिर आयतन पर, थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम के अनुसार यह आंतरिक ऊर्जा ( U ) परिवर्तन के बराबर होता है, अर्थात

$\Delta U=Q+0>0.$

रुद्धोष्म प्रणाली में (अर्थात ऐसी प्रणाली जो परिवेश के साथ ऊष्मा का आदान-प्रदान नहीं करती है), अन्यथा ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया के परिणामस्वरूप प्रणाली के तापमान में वृद्धि होती है।

ऊष्माक्षेपी रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, प्रतिक्रिया से निकलने वाली गर्मी विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा या अणुओं की गतिज ऊर्जा का रूप ले लेती है। एक क्वांटम ऊर्जा स्तर से दूसरे क्वांटम ऊर्जा स्तर में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के कारण प्रकाश निकलता है। यह प्रकाश रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए ऊर्जा की कुछ स्थिरीकरण ऊर्जा, यानी बंधन ऊर्जा के बराबर है। जारी होने वाले इस प्रकाश को आणविक अनुवाद और घूर्णन को जन्म देने के लिए समाधान में अन्य अणुओं द्वारा अवशोषित किया जा सकता है, जो गर्मी की शास्त्रीय समझ को जन्म देता है। एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया में, सक्रियण ऊर्जा (प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए आवश्यक ऊर्जा) बाद में निकलने वाली ऊर्जा से कम होती है, इसलिए ऊर्जा का शुद्ध विमोचन होता है।

उदाहरण

आयरन (III) ऑक्साइड का उपयोग करके एक एक्ज़ोथिर्मिक थर्माइट प्रतिक्रिया। बाहर की ओर उड़ने वाली चिंगारियाँ पिघले हुए लोहे की गोलियाँ हैं जो अपने पीछे धुएँ का पीछा कर रही हैं।

ऊष्माक्षेपी प्रक्रियाओं के कुछ उदाहरण हैं:

• लकड़ी, कोयला और तेल / पेट्रोलियम जैसे ईंधन का दहन
• थर्माइट प्रतिक्रिया
• क्षार धातुओं और अन्य अत्यधिक विद्युत धनात्मक धातुओं की पानी के साथ प्रतिक्रिया
• जलवाष्प से वर्षा का संघनन
• पानी और प्रबल अम्ल या प्रबल क्षार का मिश्रण
• अम्ल और क्षार की प्रतिक्रिया
• सल्फ्यूरिक एसिड द्वारा कार्बोहाइड्रेट का निर्जलीकरण
• सीमेंट और कंक्रीट की सेटिंग
• कुछ पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रियाएं जैसे एपॉक्सी राल की सेटिंग
• अधिकांश धातुओं की हैलोजन या ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया
• हाइड्रोजन बम और तारकीय कोर में परमाणु संलयन (लोहे के लिए)
• भारी तत्वों का परमाणु विखंडन
• जिंक और हाइड्रोक्लोरिक एसिड के बीच प्रतिक्रिया
• श्वसन (कोशिकाओं में ऊर्जा जारी करने के लिए ग्लूकोज को तोड़ना)

रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए निहितार्थ

रासायनिक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाएं आम तौर पर उनके समकक्षों, एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं की तुलना में अधिक सहज होती हैं।

एक थर्मोकेमिकल प्रतिक्रिया में जो ऊष्माक्षेपी होती है, गर्मी को प्रतिक्रिया के उत्पादों के बीच सूचीबद्ध किया जा सकता है।