什麼是放熱反應？

Harvey Mudd學院化學教授Gerald R. Van Hecke提供了以下答案

我們都明白水在室溫下不會自發沸騰； 相反，我們必須加熱它。 因為我們必須加熱，所以沸水是化學家稱之為吸熱的過程。 顯然，如果某些過程需要熱量，那麼其他過程在發生時必須釋放熱量。 這些被稱為放熱反應。 為了本次討論的目的，需要或釋放熱量的過程將僅限於狀態變化（稱為相變）以及化學組成變化或化學反應。

支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。 透過購買訂閱，您正在幫助確保未來關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事能夠繼續存在。

狀態變化包括固體熔化、液體凝固、液體沸騰或氣體凝結。 當蒸汽（即氣態水）凝結時，會釋放熱量。 同樣，當液態水凝固時，也會釋放熱量。 事實上，必須不斷地從凝固的水中移除熱量，否則凝固過程將停止。 我們的經驗使我們很容易意識到，要煮沸水或任何液體並將其轉化為氣體，都需要熱量，並且該過程是吸熱的。 氣體凝結成液體時會釋放熱量，並且該過程是放熱的，這一點不太容易理解。

也許使用以下論點更容易解釋放熱相變。 液態水必須被注入能量才能變成蒸汽，而能量並沒有丟失。 相反，它被氣態水分子保留。 當這些分子凝結再次形成液態水時，注入系統的能量必須釋放出來。 並且這種儲存的能量以放熱的形式釋放出來。 同樣的論點也適用於凝固過程：能量在熔化過程中被注入液體，因此將液體凝固成固體又會將能量返回到周圍環境。

與相變類似，化學反應可能在施加熱量或釋放熱量的情況下發生。 那些需要熱量才能發生的反應被描述為吸熱反應，而那些釋放熱量的反應被描述為放熱反應。 儘管我們通常非常熟悉吸熱相變，但我們可能更熟悉放熱化學反應：幾乎每個人都體驗過壁爐或篝火的溫暖。 木材燃燒透過氧氣 (O) 與纖維素 (C₆H₁₀O₅)（木材的主要化學成分）的放熱化學反應提供熱量，產生二氧化碳 (CO₂)、水蒸氣 (H₂O) 和熱量。 描述該過程的化學反應為 C₆H₁₀O₅ + 6O₂ = 6CO₂ + 5H₂O + 熱量。

在今天的太空時代，可能每個人都在電視上或幸運的話親眼目睹過火箭發射。 驅動這些火箭的是高度放熱的化學反應。 一種火箭燃料使用固體高氯酸銨 (NH₄ClO₄) 和鋁金屬 (Al) 的混合物，以產生固體氧化鋁、氯化氫氣體、氮氣、水蒸氣和熱量：化學反應可以描述為 6NH₄ClO₄ + 10Al = 5Al₂O₃ + 6HCl + 3N₂ + 9H₂O + 熱量。

在發射的火箭後面看到的巨大白色雲團實際上是分散白色氧化鋁粉末的產物氣體。 放熱能量來自哪裡？ 熱量來自反應物分子化學鍵中儲存的能量——這比產物分子化學鍵中儲存的能量更大。 在吸熱化學反應中，情況恰恰相反：產物分子的鍵中儲存的化學能比反應物分子的鍵中儲存的化學能更多。