Les changements de phase dans la matière sont divisés en deux catégories de base : endothermique et exothermique. Exothermique signifie « chaleur extérieure » en grec, par opposition à « chaleur intérieure » d’endothermique. Les réactions endothermiques ont besoin de chaleur, ou d’énergie, pour que de nouvelles liaisons chimiques se forment, comme lorsqu’un glaçon est fondu dans un liquide puis bouilli en vapeur. Les réactions exothermiques, d’autre part, créent plus d’énergie que ce qui est nécessaire pour les faciliter, provoquant une augmentation de la température immédiatement autour de la réaction. Cela se produit lorsque la pluie se forme dans un nuage et même lorsque la pluie gèle en glace au sol.
Certaines des réactions exothermiques les plus illustratives impliquent des flammes. Les allumettes, les feux de camp, les feux d’artifice et les fusées utilisent ces réactions pour produire de l’énergie utilisée à diverses fins. Beaucoup facilitent les réactions endothermiques comme faire du pain, cuisiner de la soupe ou se réchauffer les mains. Cependant, les réactions exothermiques ne dégagent pas seulement de la chaleur; ils nécessitent souvent au moins un apport initial d’énergie qui fournit ce que l’on appelle l’énergie d’activation. Dans les réactions exothermiques, cependant, l’énergie investie sera toujours inférieure à l’énergie totale produite ; l’étincelle ne sera jamais plus grande que la flamme.
D’autres réactions de ce genre sont plus difficiles à ressentir. Lorsque de la rouille se forme sur le métal, une autre réaction exothermique courante, il ne semble pas que le processus dégage de la chaleur. La chaleur a été libérée, cependant; pendant plusieurs heures, dans les bonnes conditions d’humidité, de lumière et de température, le mélange du fer et de l’oxygène produit de l’oxyde de fer et un minimum de chaleur.
Les scientifiques utilisent un instrument appelé calorimètre pour évaluer la quantité de chaleur produite par un changement de phase ou une réaction chimique. Cela implique de conduire la réaction dans un bain d’eau pour évaluer le changement de température produit. Les résultats indiquent si une réaction donnée est endothermique ou exothermique.
Les professeurs de chimie emploient souvent une ou plusieurs expériences soigneusement supervisées pour illustrer les principes des réactions exothermiques. La leçon peut être aussi simple que d’allumer une allumette et d’expliquer comment une étincelle déclenche une réaction exothermique entre le soufre et l’oxygène pour produire de la chaleur. Une autre expérience courante consiste à mélanger de l’eau et du chlorure de calcium, un agent dégivrant également utilisé dans les blocs chauffants portables, puis à mesurer la quantité de chaleur produite par la réaction.
De nombreux médecins légistes étudient de manière exhaustive les réactions exothermiques. Ils doivent d’abord apprendre comment se produisent diverses réactions chimiques et combien de chaleur est produite. En tant qu’enquêteurs, cette connaissance leur permet de mieux découvrir ce qui a causé un incendie ou une explosion et de déterminer la meilleure façon de les éteindre à l’avenir.