سامانه و محیط در واکنش‌های گرماده و گرماگیر؛ مفاهیم و تفاوت‌ها

۱. سامانه و محیط چیست؟

در بررسی واکنش‌های شیمیایی، باید مرزی بین ناحیه‌ای که واکنش در آن رخ می‌دهد و فضای اطرافش مشخص شود.

 سامانه (System): بخشی از جهان که مورد مطالعه قرار می‌گیرد، مانند مواد واکنش‌دهنده در یک ظرف.
 محیط (Surroundings): هر چیزی خارج از سامانه که می‌تواند با آن تبادل انرژی یا ماده داشته باشد.

 انواع سامانه‌ها:

• سامانه باز: تبادل ماده و انرژی با محیط دارد (مانند یک لیوان آب جوش بدون درپوش).
• سامانه بسته: فقط تبادل انرژی دارد اما ماده نمی‌تواند خارج یا وارد شود (مانند بطری دربسته).
• سامانه ایزوله: نه انرژی و نه ماده با محیط تبادل نمی‌کند (مانند فلاسک خلأ).

۲. واکنش‌های گرماده (Exothermic Reactions)

در این واکنش‌ها، انرژی از سامانه به محیط منتقل می‌شود و معمولاً به‌صورت گرما آزاد می‌گردد.

 ویژگی‌های واکنش گرماده:

• سامانه انرژی خود را از دست می‌دهد.
• دمای محیط اطراف افزایش می‌یابد.
• مقدار ΔH (تغییر آنتالپی) منفی است.

 مثال‌ها:

• سوختن متان:
  CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + انرژی
• انجماد آب:
  H₂O (l) → H₂O (s) + انرژی

۳. واکنش‌های گرماگیر (Endothermic Reactions)

در این واکنش‌ها، انرژی از محیط جذب شده و در سامانه ذخیره می‌شود.

 ویژگی‌های واکنش گرماگیر:

• سامانه انرژی دریافت می‌کند.
• دمای محیط اطراف کاهش می‌یابد.
• مقدار ΔH مثبت است.

 مثال‌ها:

• تجزیه کربنات کلسیم:
  CaCO₃ → CaO + CO₂ + انرژی
• ذوب یخ:
  H₂O (s) + انرژی → H₂O (l)

۴. تفاوت واکنش‌های گرماده و گرماگیر

نتیجه‌گیری

شناخت مفهوم سامانه و محیط برای درک واکنش‌های گرماده و گرماگیر ضروری است. در واکنش‌های گرماده، انرژی آزاد شده و دمای محیط افزایش می‌یابد، درحالی‌که در واکنش‌های گرماگیر، انرژی جذب شده و محیط سردتر می‌شود. این مفاهیم نه‌تنها در شیمی بلکه در فرایندهای زیستی و صنعتی نیز اهمیت بالایی دارند.