Charakteristiky endotermickej reakcie, rovnice a príklady

endotermická reakcia Je to to, čo sa musí uskutočniť, aby absorbovala energiu vo forme tepla alebo žiarenia z okolia. Vo všeobecnosti, hoci nie vždy, môžu byť rozpoznané poklesom teploty v ich prostredí; alebo naopak, potrebujú zdroj tepla, ako je ten, ktorý sa získa horiacim plameňom.

Absorpcia energie alebo tepla je to, čo všetky endotermické reakcie majú spoločné; Povaha toho istého, ako aj transformácie sú veľmi rôznorodé. Koľko tepla by mali absorbovať? Odpoveď závisí od jeho termodynamiky: teploty, pri ktorej reakcia prebieha spontánne.

Jednou z najvýraznejších endotermických reakcií je napríklad zmena stavu z ľadu na tekutú vodu. Ľad potrebuje absorbovať teplo, kým jeho teplota nedosiahne približne 0 ° C; pri tejto teplote sa jej tavenie stáva spontánnym a ľad sa absorbuje, až kým sa úplne neroztopí.

V horúcich priestoroch, napríklad na brehu pláže, sú teploty vyššie a preto ľad absorbuje teplo rýchlejšie; to znamená, že sa topí pri vyššej rýchlosti. Príkladom nežiadúcej endotermickej reakcie je topenie ľadovcov.

Prečo sa to stalo týmto spôsobom? Prečo sa ľad nemôže prezentovať ako horúca pevná látka? Odpoveď spočíva v priemernej kinetickej energii molekúl vody v obidvoch stavoch a ako spolu vzájomne pôsobia prostredníctvom vodíkových väzieb.

V kvapalnej vode majú jej molekuly väčšiu slobodu pohybu ako v ľade, kde vibrujú v kryštáloch. Pri pohybe musia molekuly absorbovať energiu takým spôsobom, že ich vibrácie rozbijú silné smerové vodíkové mostíky v ľade.

Z tohto dôvodu absorbuje ľad teplo. Aby tu mohol byť "horúci ľad", museli by byť vodíkové mostíky abnormálne silné, aby sa mohli roztaviť pri teplote výrazne vyššej ako 0 ° C..

index

• 1 Charakteristika endotermnej reakcie
  • 1,1 AH> 0
  • 1.2 Ochladiť ich okolie
• 2 Rovnice
• 3 Príklady bežných endotermických reakcií
  • 3.1 Odparovanie suchého ľadu
  • 3.2 Pečenie chleba alebo varenie jedla
  • 3.3 Opaľovanie
  • 3.4 Reakcia tvorby atmosférického dusíka a ozónu
  • 3.5 Elektrolýza vody
  • 3.6 Fotosyntéza
  • 3.7 Roztoky niektorých solí
  • 3.8 Tepelné rozklady
  • 3.9 Chlorid amónny vo vode
  • 3.10 Triosíran sodný
  • 3.11
  • 3.12 varné kvapaliny
  • 3.13 Varenie vajec
  • 3.14 Varenie potravín
  • 3.15 Vykurovanie jedla v mikrovlnnej rúre
  • 3.16 Lisovanie skla
  • 3.17 Spotreba sviečky
  • 3.18 Čistenie teplou vodou
  • 3.19 Tepelná sterilizácia potravín a iných predmetov
  • 3.20 Boj proti infekciám horúčkou
  • 3.21 Odparovanie vody
• 4 Odkazy

Charakteristika endotermnej reakcie

Zmena stavu nie je správne chemickou reakciou; to isté sa však deje: výrobok (tekutá voda) má viac energie ako reaktant (ľad). Toto je hlavná charakteristika reakčného alebo endotermického procesu: produkty sú energeticky účinnejšie ako reaktanty.

Hoci je to pravda, neznamená to, že výrobky musia byť nevyhnutne nestabilné. V prípade, že to tak je, endotermická reakcia prestane byť spontánna za všetkých podmienok teploty alebo tlaku.

Zvážte nasledujúcu chemickú rovnicu:

A + Q => B

Kde Q predstavuje teplo, zvyčajne vyjadrené jednotkami joule (J) alebo kalórií (kal). Pretože A absorbuje teplo Q na transformáciu do B, potom sa uvádza, že ide o endotermickú reakciu. B má teda viac energie ako A a musí absorbovať dostatok energie na dosiahnutie svojej transformácie.

Ako je možné vidieť na vyššie uvedenom diagrame, A má menej energie ako B. Množstvo tepla Q, ktoré absorbuje A je také, že prekonáva aktivačnú energiu (energiu potrebnú na dosiahnutie fialového vrcholu s bodkovanou strechou). Energetický rozdiel medzi A a B je známy ako entalpia reakcie, AH.

AH> 0

Všetky endotermické reakcie majú spoločný predchádzajúci diagram, pretože produkty sú energeticky účinnejšie ako reaktanty. Preto je energetický rozdiel medzi nimi AH vždy kladný (H_výrobok-H_činidlo > 0). Ak je to pravda, musí existovať absorpcia tepla alebo energie z okolia, aby sa táto energická potreba poskytla.

A ako sa takéto výrazy interpretujú? V chemickej reakcii sú odkazy vždy rozbité, aby sa vytvorili iné. Na ich prelomenie je potrebná absorpcia energie; to znamená, že ide o endotermickú pasáž. Medzitým tvorba väzieb naznačuje stabilitu, takže je to exotermický krok.

Keď vytvorené väzby neposkytujú stabilitu porovnateľnú s množstvom energie potrebnej na rozbitie starých väzieb, ide o endotermickú reakciu. Preto je potrebná ďalšia energia na podporu rozbitia najstabilnejších väzieb v reagenciách.

Na druhej strane v exotermických reakciách dochádza k opačnému: teplo sa uvoľňuje a AH je < 1 (negativo). Aquí los productos son más estables que los reactivos, y el diagrama entre A y B cambia de forma; ahora B se ubica por debajo de A, y la energía de activación es menor.

Chladia svoje okolie

Hoci sa nevzťahuje na všetky endotermické reakcie, niektoré z nich spôsobujú zníženie teploty okolia. Je to preto, že absorbované teplo prichádza z niekde. V dôsledku toho, ak by sa konverzia A a B preniesla do nádoby, ochladila by sa.

Čím endotermickejšia je reakcia, tým chladnejšia bude nádoba a jej okolie. V skutočnosti, niektoré reakcie sú dokonca schopné vytvoriť tenkú ľadovú pokrývku, ako keby vyšli z chladničky.

Existujú však reakcie tohto typu, ktoré neochladia svoje okolie. Prečo? Pretože teplo okolia je nedostatočné; to znamená, že neposkytuje potrebné Q (J, cal), ktoré je napísané v chemických rovniciach. Preto je tu, keď vstupuje oheň alebo ultrafialové žiarenie.

Medzi oboma scenármi môže vzniknúť malý zmätok. Na jednej strane teplo okolitého prostredia postačuje na spontánnu reakciu a pozorovanie chladenia; a na druhej strane je potrebné viac tepla a používa sa účinný spôsob ohrevu. V oboch prípadoch sa deje to isté: energia je absorbovaná.

rovnice

Aké sú relevantné rovnice pri endotermnej reakcii? Ako už bolo vysvetlené, AH musí byť pozitívny. Na jej výpočet sa berie do úvahy prvá chemická rovnica:

aA + bB => cC + dD

Kde A a B sú reaktantné látky, a C a D sú produkty. Malé písmená (a, b, c a d) sú stechiometrické koeficienty. Na výpočet ΔH tejto všeobecnej reakcie sa použije nasledujúci matematický výraz:

AH_vyrobiť- AH_činidlá = AH_rxn

Môžete postupovať priamo, alebo robiť výpočty samostatne. Pre AH_vyrobiť musí sa vypočítať táto suma:

cHH_FC + dHH_FD

Kde AH_F je to entalpia tvorby každej látky zapojenej do reakcie. Podľa konvencie majú látky v ich najstabilnejších formách AH_F= 0 Napríklad O molekuly₂ a H₂, alebo pevný kov, majú AH_F= 0.

Rovnaký výpočet sa teraz vykoná pre reaktanty, AH_činidlá:

až AH_FA + bHH_FB

Ale ako rovnica hovorí, že ΔH_činidlá musí byť odčítané od AH_vyrobiť, potom sa predchádzajúca suma musí vynásobiť -1. Takže máte:

cHH_FC + dHH_FD - (na AH_FA + bHH_FB)

Ak je výsledkom tohto výpočtu kladné číslo, potom ide o endotermickú reakciu. A ak je to negatívne, je to exotermická reakcia.

Príklady bežných endotermických reakcií

Odparovanie suchého ľadu

Ten, kto videl tie biele výpary vychádzajúce z košíka zmrzliny, bol svedkom jedného z najbežnejších príkladov endotermickej "reakcie".

Okrem niekoľkých zmrzlín sa tieto pary oddelili od pevnej bielej, nazývanej suchý ľad, sú tiež súčasťou scenárov na vytvorenie efektu oparu. Tento suchý ľad nie je nič viac ako tuhý oxid uhličitý, ktorý pohlcuje teplotu a pred tým, ako začne podtlak zvonka.

Experiment pre detské publikum by mal vyplniť a utesniť vrecko suchým ľadom. Po chvíli to skončí nafúknutím kvôli CO₂ plyn, ktorý vytvára prácu alebo tlačí vnútorné steny vaku proti atmosférickému tlaku.

Pečenie chleba alebo varenie jedla

Pečenie chleba je príkladom chemickej reakcie, pretože v súčasnosti dochádza k chemickým zmenám spôsobeným teplom. Ten, kto voní vôňou čerstvo upečených chlebov, vie, že dochádza k endotermickej reakcii.

Cesto a všetky jeho ingrediencie potrebujú teplo rúry na vykonanie všetkých transformácií, ktoré sú nevyhnutné na to, aby sa stali chlieb a vykazovali jeho typické vlastnosti..

Okrem chleba je kuchyňa plná príkladov endotermických reakcií. Kto s nimi denne pracuje. Cestoviny na varenie, zmäkčovacie zrná, kukuričné ​​zrná, vajcia na pečenie, korenie mäsa, pečenie koláčov, príprava čaju, sendviče na varenie; každá z týchto aktivít sú endotermické reakcie.

opaľovanie

Ako jednoduché a bežné, ako sa zdá, slnečné lúče, ktoré niektoré plazy prijímajú, ako napríklad korytnačky a krokodíly, patria do kategórie endotermických reakcií. Korytnačky absorbujú teplo zo slnka, aby regulovali teplotu svojho organizmu.

Bez slnka si udržujú teplo vody, aby sa udržali v teple; čo skončí ochladzovaním vody vo vašich tankoch alebo tankoch.

Reakcia tvorby atmosférického dusíka a ozónu

Vzduch sa skladá hlavne z dusíka a kyslíka. Počas búrky sa uvoľňuje energia, ktorá môže narušiť silné väzby, ktoré držia atómy dusíka spolu v N-molekule.₂:

N₂ + O₂ + Q => 2NO

Na druhej strane, kyslík môže absorbovať ultrafialové žiarenie, aby sa stal ozónom; alotrop kyslíka, ktorý je veľmi prospešný v stratosfére, ale poškodzuje život na úrovni zeme. Reakcia je:

3O₂ + v => 20₃

Kde v znamená ultrafialové žiarenie. Mechanizmus za touto jednoduchou rovnicou je veľmi zložitý.

Elektrolýza vody

Elektrolýza využíva elektrickú energiu na oddelenie molekuly v jej prvkoch alebo na vytvorenie molekúl. Napríklad pri elektrolýze vody vznikajú dva plyny: vodík a kyslík, každý na rôznych elektródach:

2H₂O => 2H₂ + O₂

Chlorid sodný môže tiež trpieť rovnakou reakciou:

2NaCl => 2Na + Cl₂

V jednej elektróde uvidíte tvorbu kovového sodíka av ďalších zeleno-bublinách chlóru.

fotosyntéza

Rastliny a stromy potrebujú absorbovať slnečné svetlo ako zdroj energie, aby syntetizovali svoje biomateriály. Na tento účel používa CO ako surovinu₂ a voda, ktorá sa cez dlhú sériu krokov premení na glukózu a iné cukry. Okrem toho vzniká kyslík, ktorý sa uvoľňuje z listov.

Roztoky niektorých solí

Ak sa chlorid sodný rozpustí vo vode, nezaznamená sa žiadna viditeľná zmena vonkajšej teploty nádoby alebo nádoby..

Niektoré soli, ako je chlorid vápenatý, CaCl₂, zvýšenie teploty vody ako produktu veľkej hydratácie iónov Ca²⁺. A ďalšie soli, ako je dusičnan alebo chlorid amónny, NH₄NO₃ a NH₄Cl, znížiť teplotu vody a ochladiť jej okolie.

V triedach sa zvyčajne uskutočňujú domáce experimenty, pri ktorých sa rozpúšťajú niektoré z týchto solí, aby sa preukázalo, čo je endotermická reakcia.

Pokles teploty je spôsobený hydratáciou iónov NH₄⁺ nie je zvýhodnený proti rozpúšťaniu kryštalických usporiadaní jeho solí. V dôsledku toho soli absorbujú teplo z vody, aby sa ióny mohli solvatovať.

Ďalšia chemická reakcia, ktorá je zvyčajne veľmi bežná na to, aby to dokázala, je nasledovná:

Ba (OH)₂8H₂0 + 2NH₄NO₃ => Ba (NO₃)₂ + 2NH₃ +10H₂O

Všimnite si množstvo vytvorenej vody. Zmiešaním oboch tuhých látok sa získa vodný roztok Ba (NO₃)₂, s vôňou amoniaku as takým poklesom teploty, ktorý doslova zamrzne vonkajší povrch nádoby.

Tepelné rozklady

Jedným z najbežnejších tepelných rozkladov je hydrogenuhličitan sodný, NaHCO₃, vyrábať CO₂ a voda pri zahrievaní. Mnohé tuhé látky, vrátane uhličitanov, majú sklon rozkladať sa na uvoľňovanie CO₂ a zodpovedajúci oxid. Napríklad rozklad uhličitanu vápenatého je nasledovný: \ t

CaCO₃ + Q => CaO + CO₂

To isté sa deje s uhličitanmi horčíka, stroncia a bária.

Je dôležité poznamenať, že tepelný rozklad sa líši od spaľovania. V prvom sa nevyskytuje zápal alebo sa uvoľňuje teplo, zatiaľ čo v druhom áno; to znamená, že horenie je exotermická reakcia, aj keď potrebuje počiatočný zdroj tepla, ktorý sa má uskutočniť alebo sa vyskytuje spontánne.

Chlorid amónny vo vode

Keď sa malé množstvo chloridu amónneho (NH4CI) rozpustí v testovacej skúmavke vo vode, skúmavka sa ochladí na teplotu nižšiu ako predtým. Počas tejto chemickej reakcie sa teplo absorbuje z okolitého prostredia.

Triosíran sodný

Keď kryštály tiosíranu sodného (Na₂S₂O₃.5H₂O), bežne nazývaný hypo, sa rozpúšťa vo vode, dochádza k chladiacemu účinku.

Automobilové motory

Spaľovanie benzínu alebo motorovej nafty v motoroch automobilov, nákladných vozidiel, traktorov alebo autobusov produkuje mechanickú energiu, ktorá sa používa v obehu týchto vozidiel..

Varné kvapaliny

Uvedením kvapaliny do tepla získava energiu a ide do plynného stavu.

Varenie vajec

Keď sa aplikuje teplo, vaječné proteíny sa denaturujú, čím sa vytvorí tuhá štruktúra, ktorá sa zvyčajne požíva.

Varenie jedla

Všeobecne platí, že vždy pri varení s teplom zmeniť vlastnosti potravín, endotermické reakcie sa vyskytujú.

Tieto reakcie sú to, čo spôsobuje, že potraviny sa stávajú mäkšími, vytvárajú kujné hmoty, okrem iného uvoľňujú zložky, ktoré obsahujú.

Vykurovanie jedla v mikrovlnnej rúre

Pomocou mikrovlnného žiarenia molekuly vody v potravinách absorbujú energiu, začínajú vibrovať a zvyšujú teplotu potravín.

Tvarované sklo

Absorpcia tepla sklom robí ich kĺby pružnejšími, čo uľahčuje ich tvar.

Spotreba sviečky

Vosk sviečky sa topí, pretože absorbuje teplo plameňa, mení jeho tvar.

Čistenie teplou vodou

Ak sa na čistenie predmetov, ktoré boli znečistené tukom, ako sú hrnce alebo oblečenie, používa teplá voda, tuk sa stáva tekutejším a ľahšie sa odstráni..

Tepelná sterilizácia potravín a iných predmetov

Pri ohrievaní predmetov alebo potravín zvyšujú ich obsah aj mikroorganizmy, ktoré obsahujú.

Keď sa dodáva veľké množstvo tepla, dochádza k reakciám v mikrobiálnych bunkách. Mnohé z týchto reakcií, ako sú napríklad lámavé väzby alebo denaturácia proteínov, končia zabíjaním mikroorganizmov.

Boj proti infekciám horúčkou

Keď sa horúčka prejavuje, je to preto, že telo produkuje potrebné teplo na zabíjanie baktérií a vírusov, ktoré spôsobujú infekcie a vytvárajú choroby.

Ak je vyprodukované teplo vysoké a horúčka je vysoká, sú postihnuté aj bunky tela a hrozí riziko smrti.

Odparovanie vody

Keď sa voda odparí a premení na paru, je to spôsobené teplom, ktoré prijíma z okolitého prostredia. Keďže tepelná energia je prijímaná každou molekulou vody, jej vibračná energia sa zvyšuje na miesto, kde sa môže voľne pohybovať a vytvárať pary.

referencie

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Učenie.
2. Wikipedia. (2018). Endotermický proces. Zdroj: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27. decembra 2018). Príklady endotermických reakcií. Zdroj: thinkco.com
4. Khan Academy. (2019). Endothermic vs. exotermické reakcie Zdroj: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Čo sa deje na molekulárnej úrovni počas endotermickej reakcie? Hearst Seattle Media. Zdroj: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Výpočet entalpie reakcie z entalpií tvorby. Zdroj: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Príklady endotermnej reakcie. Zdroj:
   quimicas.net.