Phản ứng hóa học và năng lượng của phản ứng hóa học

I. Phản ứng hóa học là gì

Ví dụ: Đốt cháy khí hydrogen trong không khí tạo ra ngọn lửa màu xanh, sau đó đưa ngọn lửa của khí hydrogen đang cháy vào bình đựng khí oxygen thì thấy khí hydrogen cháy mạnh hơn, sáng hơn và trên thành bình xuất hiện những giọt nước nhỏ. Ở đây đã diễn ra sự biến đổi hoá học, trong đó xảy ra quá trình biến đổi hydrogen và oxygen tạo thành nước. Quá trình này đã xảy ra phản ứng hoá học.

Ví dụ:

Khi đun nóng hỗn hợp bột sắt (iron) và bột lưu huỳnh (sulfur) ta được hợp chất iron(II) sulfide (FeS).

• Chất tham gia phản ứng là sắt và lưu huỳnh.
• Chất sản phẩm là iron(II) sulfide.

II. Diễn biến của phản ứng hoá học

Các biến đổi hoá học xảy ra khi có sự phá vỡ liên kết trong các chất tham gia phản ứng và hình thành các liên kết mới để tạo ra các chất sản phẩm.

Ví dụ 3:

• Phản ứng hóa học xảy ra trong thí nghiệm khí hydrogen cháy trong oxygen tạo thành nước, quá trình đó được mô tả theo sơ đồ sau: 

Nguyên tử H Nguyeen tử O Nguyên tử C

 Hình 1: Sơ đồ mô tả phản ứng đốt cháy khí methane trong không khí

thu được carbon dioxide và nước

• Trong sơ đồ trên, các liên kết trong phân tử CH₄, O₂ bị phá vỡ và hình thành liên kết mới giữa 1 nguyên tử C với 2 nguyên tử O (CO₂) và một nguyên nguyên tử O với 2 nguyên tử H (H₂O).

Trong phản ứng hoá học, chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay đổi làm cho phân tử này biến đổi thành phân tử khác, kết quả là chất này biến đổi thành chất khác. Số nguyên tử của mỗi nguyên tố trước và sau phản ứng không thay đổi.

III. Dấu hiệu có phản ứng hoá học xảy ra

Để nhận biết có phản ứng hoá học xảy ra có thể dựa vào các dấu hiệu sau:

• Có sự thay đổi màu sắc, mùi, … của các chất; tạo ra chất khí hoặc chất không tan (kết tủa); …

Ví dụ: Trong phản ứng của sắt tác dụng với hydrochloric acid, quan sát thấy có bọt khí bay lên.

Hình 2: Bọt khí thoát ra khi nhúng đinh sắt vào dung dịch hydrochloric acid

• Có sự toả nhiệt và phát sáng: Sự toả nhiệt và phát sáng cũng có thể là dấu hiệu của phản ứng hoá học xảy ra.

Ví dụ: Khi đốt nến, nến cháy có sự toả nhiệt và phát sáng.

Hình 3: Đốt cháy cây nến

V. Phản ứng toả nhiệt, phản ứng thu nhiệt

1. Khái niệm

Các phản ứng hoá học khi xảy ra luôn kèm theo sự toả ra hoặc thu vào năng lượng (thường dưới dạng nhiệt), năng lượng này được gọi là năng lượng của phản ứng hoá học.

Phản ứng toả nhiệt làm nóng môi trường xung quanh.

Ví dụ: Phản ứng đốt cháy than; phản ứng đốt cháy xăng, dầu trong các động cơ; …

Phản ứng thu nhiệt làm lạnh môi trường xung quanh.

Ví dụ: Phản ứng nung vôi (phân huỷ CaCO₃ thành CaO và CO₂).

2. Ứng dụng của phản ứng toả nhiệt

• Trong sản xuất và đời sống, các phản ứng toả nhiệt có ứng dụng chính là cung cấp năng lượng nhiệt cho các ngành công nghiệp, làm cho các động cơ hay máy phát điện hoạt động.
• Nhiệt năng thu được khi đốt cháy các nhiên liệu như than, xăng, dầu,... có thể được dùng để đun nấu, sưởi ấm, thắp sáng,... Than được sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu trong công nghiệp. Xăng, dầu được sử dụng chủ yếu trong việc vận hành các máy móc, phương tiện giao thông như xe máy, ô tô, tàu thuỷ,...