ENDOTERMIČNA REAKCIJA: ZNAČILNOSTI, ENAČBE IN PRIMERI - KEMIJA - 2025

Endotermična reakcija je tista, ki bo potekal mora absorbirajo energijo v obliki toplote ali sevanja iz okolice. Na splošno, vendar ne vedno, jih lahko prepoznamo po padcu temperature v svoji okolici; ali nasprotno, potrebujejo vir toplote, kot je ta, ki ga pridobijo z gorečim plamenom.

Absorpcija energije ali toplote je tisto, kar ima skupno vse endotermne reakcije; njihova narava in tudi preoblikovane preobrazbe so zelo raznolike. Koliko toplote naj absorbirajo? Odgovor je odvisen od njegove termodinamike: temperature, pri kateri reakcija nastane spontano.

Tali ledeni stalaktit. Vir: Pixabay

Na primer, ena najbolj emblematičnih endotermičnih reakcij je sprememba stanja iz ledu v tekočo vodo. Led mora absorbirati toploto, dokler njegova temperatura ne doseže približno 0 ° C; pri tej temperaturi postane njegovo taljenje spontano in led se bo absorbiral, dokler se ni popolnoma stopil.

V vročih prostorih, kot so na obali plaže, so temperature višje in zato led hitreje absorbira toploto; torej se topi hitreje. Taljenje ledenikov je primer nezaželene endotermične reakcije.

Zakaj se zgodi tako? Zakaj se led ne more videti kot vroča trdna snov? Odgovor se skriva v povprečni kinetični energiji molekul vode v obeh stanjih in v tem, kako se med seboj povezujejo prek vodikovih vezi.

V tekoči vodi imajo njene molekule večjo svobodo gibanja kot v ledu, kjer v svojih kristalih mirujejo nepremično. Za premikanje morajo molekule energijo absorbirati tako, da njihove vibracije pretrgajo močne usmerjene vodikove vezi v ledu.

Zaradi tega led absorbira toploto, da se stopi. Da bi lahko obstajal "vroči led", bi morale vodikove vezi biti nenormalno močne, da bi se lahko stopile pri temperaturi, ki je nad 0 ° C.

Značilnosti endotermične reakcije

Sprememba stanja ni pravilno kemična reakcija; Vendar se zgodi isto: izdelek (tekoča voda) ima večjo energijo kot reaktant (led). To je glavna značilnost endotermične reakcije ali procesa: produkti so bolj energijski od reaktantov.

Čeprav je to res, še ne pomeni, da morajo biti proizvodi nujno nestabilni. V primeru, da je, endotermična reakcija preneha biti spontana v vseh pogojih temperature ali tlaka.

Upoštevajte naslednjo kemijsko enačbo:

A + Q => B

Če Q predstavlja toploto, običajno izraženo v enotah joule (J) ali kalorijah (cal). Ko A absorbira toploto Q, da se pretvori v B, potem rečemo, da gre za endotermično reakcijo. Tako ima B več energije kot A in mora absorbirati dovolj energije, da doseže svojo transformacijo.

Endotermični reakcijski diagram za A in B. Vir: Gabriel Bolívar

Kot je razvidno iz zgornjega diagrama, ima A manj energije kot B. Količina toplote Q, ki jo absorbira A, je taka, da premaga aktivacijsko energijo (energijo, potrebno za dosego vrha s škrlatno pikico). Razlika v energiji med A in B je tista, kar je znano kot entalpija reakcije, ΔH.

ΔH> 0

Vse endotermične reakcije imajo skupni zgornji diagram, saj so proizvodi bolj energijski od reaktantov. Zato je energijska razlika med njima, ΔH, vedno pozitivna (H _Product -H _Reaktivna > 0). Ker to drži, mora biti iz okolice absorbirana toplota ali energija, da se oskrbi s to energijo.

In kako se interpretirajo takšni izrazi? Pri kemični reakciji se vezi vedno pretrgajo, da nastanejo nove. Da bi jih prekinili, je potrebna absorpcija energije; to je endotermični korak. Medtem nastajanje vezi pomeni stabilnost, zato je to eksotermičen korak.

Kadar nastale vezi ne zagotavljajo stabilnosti, primerljive s količino energije, potrebne za pretrganje starih vezi, gre za endotermično reakcijo. Zato je potrebna dodatna energija za pospeševanje razbijanja najbolj stabilnih vezi v reaktantih.

Po drugi strani se pri eksotermičnih reakcijah zgodi ravno obratno: sprošča se toplota in ΔH je <1 (negativno). Tu so proizvodi stabilnejši od reaktantov, diagram med A in B pa spreminja obliko; zdaj je B pod A, energija aktivacije pa je nižja.

Ohladijo okolico

Čeprav ne velja za vse endotermične reakcije, jih več povzroči znižanje temperature njihove okolice. To je zato, ker absorbirana toplota prihaja od nekod. Posledično bi se, če bi pretvorba A in B potekala znotraj posode, ohladila.

Bolj endotermična bo reakcija, hladnejša bo posoda in njena okolica. V resnici so nekatere reakcije celo sposobne tvoriti tanko plast ledu, kot da bi prišle iz hladilnika.

Vendar obstajajo tovrstne reakcije, ki ne ohladijo okolice. Zakaj? Ker je okoliška toplota nezadostna; torej ne zagotavlja potrebnega Q (J, cal), ki je zapisan v kemijskih enačbah. Zato to pride takrat, ko vstopi ogenj ali UV sevanje.

Med obema scenarijema lahko nastane majhna zmeda. Po eni strani je toplota iz okolice dovolj, da se reakcija sproži spontano in opazimo hlajenje; po drugi strani pa je potrebno več toplote in uporabiti učinkovit način ogrevanja. V obeh primerih se zgodi isto: absorbira se energija.

Enačbe

Katere so ustrezne enačbe v endotermični reakciji? Kot smo že pojasnili, mora biti ΔH pozitiven. Za njegovo izračunavanje se najprej upošteva naslednja kemijska enačba:

aA + bB => cC + dD

Kjer sta A in B reaktanta, C in D pa produkta. Majhne črke (a, b, c in d) so stehiometrični koeficienti. Za izračun ΔH te generične reakcije uporabimo naslednji matematični izraz:

_Izdelki ΔH - ΔH _reagenti = ΔH _rxn

Lahko nadaljujete neposredno ali izračune ločeno. Za ΔH _izdelke je treba izračunati naslednjo vsoto:

c ΔH _f C + d ΔH _f D

Kjer je ΔH _f entalpija tvorbe vsake snovi, ki sodeluje v reakciji. Po dogovoru imajo snovi v svojih najbolj stabilnih oblikah ΔH _f = 0. Na primer, molekule O ₂ in H ₂ ali trdne kovine, še ΔH _f = 0.

Enak izračun je zdaj narejen za reaktante, ΔH _reagenti :

a ΔH _f A + b ΔH _f B

Ker pa enačba pravi, da je treba ΔH _reagente odšteti od _izdelkov ΔH , je treba zgornjo vsoto pomnožiti z -1. Torej imate:

c ΔH _f C + d ΔH _f D - (a ΔH _f A + b ΔH _f B)

Če je rezultat tega izračuna pozitivno število, potem je to endotermična reakcija. In če je negativna, gre za eksotermično reakcijo.

Primeri pogostih endotermičnih reakcij

Izhlapevanje suhega ledu

Suhi led. Vir: Nevit, iz Wikimedia Commons

Kdor je že kdaj videl tiste bele hlape, ki izhajajo iz vozička za sladoled, je bil priča enemu najpogostejših primerov endotermične "reakcije".

Poleg nekaterih sladoledov so bili ti hlapi, ki se sproščajo iz bele trdne snovi, imenovani tudi suhi led, tudi del scenarijev za ustvarjanje učinka megle. Ta suhi led ni nič drugega kot trdni ogljikov dioksid, ki se pri absorpciji temperature in zunanjega tlaka začne sublimirati.

Eksperiment za otroško občinstvo bi bil napolniti in zatesniti vrečko s suhim ledom. Čez nekaj časa se bo napihnil zaradi plinastega CO ₂ , ki ustvarja delo ali pritiska na notranje stene vreče pred atmosferskim tlakom.

Pečenje kruha ali kuhanje hrane

Pečen kruh. Vir: Pixabay

Peka kruha je primer kemijske reakcije, saj zdaj zaradi vročine pride do kemičnih sprememb. Kdor je vonjal po sveže pečenem kruhu, ve, da se pojavlja endotermična reakcija.

Testo in vse njegove sestavine potrebujejo toploto pečice, da opravi vse preobrazbe, ki so bistvenega pomena, da postane kruh in pokaže značilne lastnosti.

Poleg kruhov je kuhinja polna primerov endotermičnih reakcij. Kdor kuha vsak dan, se z njimi ukvarja. Kuhanje testenin, mehčanje jedrc, ogrevanje koruznih jedrc, kuhanje jajc, začinjanje mesa, pečenje torte, priprava čaja, ogrevanje sendvičev; vsaka od teh aktivnosti je endotermična reakcija.

Sončenje

Želve dobijo sončno kopel. Vir: Pixabay

Tako preproste in pogoste, kot se morda zdi, sončne kopeli nekaterih plazilcev, kot so želve in krokodili, sodijo v kategorijo endotermičnih reakcij. Želve absorbirajo toploto sonca, da uredijo svojo telesno temperaturo.

Brez sonca zadržijo toploto vode, da ostanejo tople; ki se konča pri hlajenju vode v vaših ribnikih ali rezervoarjih za ribe.

Reakcija atmosferskega dušika in nastajanja ozona

Strele. Vir: Pixabay

Zrak je v glavnem sestavljen iz dušika in kisika. Med nevihtami, je taka energija sprosti, da se lahko pretrga močnih vezi, ki imajo atome dušika skupaj v N ₂ molekuli :

N ₂ + O ₂ + Q => 2NO

Po drugi strani lahko kisik absorbira ultravijolično sevanje, da postane ozon; alotrop kisika, ki je zelo koristen v stratosferi, vendar škoduje življenju na ravni tal. Reakcija je:

3O ₂ + v => 2O ₃

Kjer pomeni ultravijolično sevanje. Mehanizem za to preprosto enačbo je zelo zapleten.

Elektroliza vode

Elektroliza uporablja električno energijo za ločitev molekule v njene tvorilne elemente ali molekule. Na primer, pri elektrolizi vode nastajata dva plina: vodik in kisik, vsak v različnih elektrodah:

2H ₂ O => 2H ₂ + O ₂

Tudi natrijev klorid lahko doživi isto reakcijo:

2NaCl => 2Na + Cl ₂

V eni elektrodi boste videli tvorbo kovinskega natrija, v drugi pa zelenkaste mehurčke klora.

Fotosinteza

Rastline in drevesa morajo absorbirati sončno svetlobo kot oskrbo z energijo za sintezo svojih biomaterialov. Za to uporablja CO ₂ in vodo kot surovine , ki se skozi dolgo vrsto korakov pretvorijo v glukozo in druge sladkorje. Poleg tega nastane kisik, ki se sprošča iz listov.

Raztopine nekaterih soli

Če se natrijev klorid raztopi v vodi, zunanje temperature kozarca ali posode ne bo opaziti bistvenih sprememb.

Nekatere soli, kot je kalcijev klorid, CaCl ₂ , povišajo temperaturo vode, kar je posledica velike hidracije ionov Ca ²⁺ . In druge soli, kot so amonijev nitrat ali klorid, NH ₄ NO ₃ in NH ₄ Cl, znižujejo temperaturo vode in hladijo okolico.

V učilnicah se domači poskusi pogosto izvajajo z raztapljanjem nekaterih od teh soli, da se dokaže, kaj je endotermična reakcija.

Padec temperature je posledica dejstva, da hidratacija ionov NH ₄ ⁺ ni ugodna proti raztapljanju kristalnih ureditev njihovih soli. Posledično soli absorbirajo toploto iz vode, da omogočijo raztapljanje ionov.

Druga kemijska reakcija, ki je ponavadi zelo pogosta, je naslednja:

Ba (OH) ₂ 8H ₂ O + 2NH ₄ NO ₃ => Ba (NO ₃ ) ₂ + 2NH ₃ + 10H ₂ O

Upoštevajte količino nastale vode. Ob mešanju obeh trdnih snovi dobimo vodno raztopino Ba (NO ₃ ) ₂ , ki ima vonj po amoniaku in padec temperature, tako da dobesedno zmrzne zunanja površina posode.

Toplotne razgradnje

Ena najpogostejših toplotnih razgradenj je natrijev bikarbonat, NaHCO ₃ , da nastane CO ₂ in voda pri segrevanju. Veliko trdnih snovi, vključno s karbonati, se pogosto razgradi, da sprosti CO ₂ in ustrezen oksid. Na primer, razpad kalcijevega karbonata je naslednji:

CaCO ₃ + Q => CaO + CO ₂

Enako velja za magnezijeve, stroncijeve in barijeve karbonate.

Pomembno je upoštevati, da se toplotna razgradnja razlikuje od zgorevanja. V prvem ni prisotnega vžiga ali se sprošča toplota, v drugem pa; to je izgorevanje je eksotermna reakcija, tudi kadar potrebuje začetni vir toplote ali se zgodi spontano.

Amonijev klorid v vodi

Ko se majhna količina amonijevega klorida (NH4Cl) raztopi v vodi v epruveti, postane epruveta hladnejša kot prej. Med to kemijsko reakcijo se toplota absorbira iz okolja.

Natrijev triosulfat

Ko se v vodi raztopijo kristali natrijevega tiosulfata (Na ₂ S ₂ O _3. 5H ₂ O), običajno imenovani hipo, v hladilnem učinku.

Avtomobilski motorji

Izgorevanje bencina ali dizla v avtomobilih, tovornjakih, traktorjih ali avtobusih proizvaja mehansko energijo, ki se uporablja v prometu teh vozil.

Vrele tekočine

S tem, ko se tekočina segreje, pridobi energijo in preide v plinasto stanje.

Skuhajte jajce

Ko je toplota, se jajčne beljakovine denaturirajo in tvorijo trdno strukturo, ki jo običajno zaužijemo.

Kuhanje hrane

Na splošno se vedno pri kuhanju s toploto, da se spremenijo lastnosti hrane, pojavijo endotermične reakcije.

Te reakcije so razlog, da hrana postane mehkejša, ustvarijo previdne mase, med drugim sprostijo sestavine, ki jih vsebujejo.

Hrana v mikrovalovni pečici

Zaradi mikrovalovnega sevanja molekule vode v hrani absorbirajo energijo, začnejo vibrirati in zvišujejo temperaturo hrane.

Oblikovanje stekla

Absorpcija toplote kozarca naredi njene sklepe prožne, zaradi česar se oblika lažje spreminja.

Poraba sveče

Sveč vosek stopi tako, da absorbira toploto iz plamena in spremeni svojo obliko.

Čiščenje tople vode

Pri uporabi vroče vode za čiščenje predmetov, ki so bili obarvani z maščobo, na primer lonci ali oblačila, se maščoba tanjša in jih je lažje odstraniti.

Toplotna sterilizacija hrane in drugih predmetov

Pri segrevanju predmetov ali hrane mikroorganizmi, ki jih vsebujejo, zvišajo tudi temperaturo.

Ko se dobavi veliko toplote, pride do reakcij znotraj mikrobnih celic. Mnoge od teh reakcij, kot sta pretrganje vezi ali denaturacija beljakovin, na koncu ubijejo mikroorganizme.

Boj proti okužbam z vročino

Ko se pojavi vročina, je zato, ker telo proizvaja toploto, potrebno za uničenje bakterij in virusov, ki povzročajo okužbe in povzročijo bolezni.

Če je ustvarjena toplota velika in je vročina visoka, so prizadete tudi celice telesa in obstaja nevarnost smrti.

Izhlapevanje vode

Ko voda izhlapi in se spremeni v paro, je to posledica toplote, ki jo dobiva iz okolja. Ko toploto sprejema vsaka molekula vode, se njena vibracijska energija poveča do točke, ko se lahko prosto giblje, ustvarja paro.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Wikipedija. (2018). Endotermični proces. Pridobljeno: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, dr. (27. december 2018). Primeri endotermičnih reakcij. Pridobljeno: misel.com
4. Akademija Khan. (2019). Endotermični vs. eksotermične reakcije. Pridobljeno: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Kaj se dogaja na molekulski ravni med endostermično reakcijo? Najpomembnejši mediji v Seattlu. Pridobljeno: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Izračun entalpije reakcije iz entalpije formacije. Pridobljeno: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Primeri endotermične reakcije. Pridobljeno:
   quimicas.net.