Descomposición térmica

La descomposición térmica , o termólisis , es una descomposición química de una sustancia causada por el calor. La temperatura de descomposición de una sustancia es la temperatura a la que la sustancia se descompone químicamente. La reacción suele ser endotérmica , ya que se requiere calor para romper los enlaces químicos en el compuesto que se descompone. Si la descomposición es suficientemente exotérmica , se crea un ciclo de retroalimentación positiva que produce una fuga térmica y posiblemente una explosión u otra reacción química. La descomposición térmica es una reacción química en la que el calor es un reactivo. Dado que el calor es un reactivo, estas reacciones son endotérmicas, lo que significa que la reacción requiere energía térmica para romper los enlaces químicos en la molécula. ^[1]

Definición de temperatura de descomposición

Una sustancia simple (como el agua ) puede existir en equilibrio con sus productos de descomposición térmica, deteniendo efectivamente la descomposición. La fracción de equilibrio de las moléculas descompuestas aumenta con la temperatura. Dado que la descomposición térmica es un proceso cinético, la temperatura observada al comienzo en la mayoría de los casos será una función de las condiciones experimentales y la sensibilidad de la configuración experimental. Para una representación rigurosa del proceso, se recomienda el uso de modelos termocinéticos. ^[2]

Definición principal : La descomposición térmica es la descomposición de un compuesto en dos o más sustancias diferentes utilizando calor , y es una reacción endotérmica.

Ejemplos

El carbonato de calcio (caliza o tiza) se descompone en óxido de calcio y dióxido de carbono cuando se calienta. La reacción química es la siguiente:

CaCO3 _→ CaO + _CO2

La reacción se utiliza para fabricar cal viva , que es un producto importante a nivel industrial.

Otro ejemplo de descomposición térmica es 2Pb(NO ₃ ) ₂ → 2PbO + O ₂ + 4NO ₂ .

Algunos óxidos , especialmente los de metales débilmente electropositivos , se descomponen cuando se calientan a una temperatura suficientemente alta. Un ejemplo clásico es la descomposición del óxido de mercurio para dar oxígeno y mercurio metálico . La reacción fue utilizada por Joseph Priestley para preparar muestras de oxígeno gaseoso por primera vez.
Cuando el agua se calienta a más de 2000 °C (2270 K; 3630 °F), un pequeño porcentaje de ella se descompondrá en OH, oxígeno monoatómico, hidrógeno monoatómico, O ₂ y H ₂ . ^[3]
El compuesto con la temperatura de descomposición más alta conocida es el monóxido de carbono a ≈3870 °C (≈7000 °F). ^{[ cita requerida ]}

Descomposición de nitratos, nitritos y compuestos de amonio

El dicromato de amonio al calentarlo produce nitrógeno, agua y óxido de cromo (III).
El nitrato de amonio sometido a un fuerte calentamiento produce óxido de dinitrógeno (" gas de la risa ") y agua.
El nitrito de amonio al calentarlo produce gas nitrógeno y agua.
La azida de bario - "Ba(N 3)" al calentarla produce bario metálico y gas nitrógeno.
La azida de sodio al calentarla a 300 °C (573 K; 572 °F) se descompone violentamente en nitrógeno y sodio metálico.
El nitrato de sodio al calentarlo produce nitrito de sodio y gas oxígeno.
Los compuestos orgánicos como las aminas terciarias al calentarlos sufren eliminación de Hofmann y producen aminas secundarias y alquenos.

Facilidad de descomposición

Cuando los metales están cerca del final de la serie de reactividad , sus compuestos generalmente se descomponen fácilmente a altas temperaturas. Esto se debe a que se forman enlaces más fuertes entre los átomos hacia la parte superior de la serie de reactividad, y los enlaces fuertes son difíciles de romper. Por ejemplo, el cobre está cerca del final de la serie de reactividad, y el sulfato de cobre (CuSO ₄ ), comienza a descomponerse a aproximadamente 200 °C (473 K; 392 °F), aumentando rápidamente a temperaturas más altas a aproximadamente 560 °C (833 K; 1,040 °F). Por el contrario, el potasio está cerca del final de la serie de reactividad, y el sulfato de potasio (K ₂ SO ₄ ) no se descompone en su punto de fusión de aproximadamente 1,069 °C (1,342 K; 1,956 °F), ni siquiera en su punto de ebullición.

Aplicaciones prácticas

Muchos escenarios del mundo real se ven afectados por la degradación térmica. Una de las cosas afectadas son las huellas dactilares. Cuando alguien toca algo, quedan residuos de los dedos. Si los dedos están sudorosos o contienen más grasa, el residuo contiene muchos químicos. De Paoli y sus colegas llevaron a cabo un estudio para probar la degradación térmica en ciertos componentes encontrados en las huellas dactilares. Para la exposición al calor, las muestras de aminoácidos y urea comenzaron la degradación a 100 °C (373 K; 212 °F) y para el ácido láctico, el proceso de descomposición comenzó alrededor de los 50 °C (323 K; 122 °F). ^[4] Estos componentes son necesarios para realizar más pruebas, por lo que en la disciplina forense, la descomposición de las huellas dactilares es significativa.

Véase también

Degradación térmica de polímeros
Diagrama de Ellingham
Ciclo termoquímico
Despolimerización térmica
Termodinámica química
Pirólisis : descomposición térmica de materia orgánica.
Generador de gas

Referencias

^ "Descomposición térmica frente a combustión: descripción detallada y diferencias | Testbook.com". Testbook . Consultado el 28 de agosto de 2024 .
^ Koga, Nobuyoshi; Vyazovkin, Sergey; Burnham, Alan K.; Favergeon, Loic; Muravyev, Nikita V.; Pérez-Maqueda, Luis A.; Saggese, Chiara; Sánchez-Jiménez, Pedro E. (2023). "Recomendaciones del Comité de Cinética del ICTAC para el análisis de la cinética de descomposición térmica". Acta Termoquímica . 719 : 179384. doi : 10.1016/j.tca.2022.179384 . hdl : 10261/354012 . S2CID 253341877.
^ Baykara S (2004). "Producción de hidrógeno mediante descomposición solar térmica directa del agua, posibilidades de mejora de la eficiencia del proceso". Revista Internacional de Energía del Hidrógeno . 29 (14): 1451– 1458. doi :10.1016/j.ijhydene.2004.02.014.
^ De Paoli G, Lewis SA, Schuette EL, Lewis LA, Connatser RM, Farkas T (julio de 2010). "Estudios de fotodegradación y degradación térmica de componentes selectos de huellas dactilares ecrinas". Journal of Forensic Sciences . 55 (4): 962– 969. doi :10.1111/j.1556-4029.2010.01420.x. PMID 20487155. S2CID 37942037.