Характеристики ендотермічних реакцій, рівняння та приклади

Перший ендотермічна реакція це те, що повинно відбуватися, щоб поглинати енергію, у вигляді тепла або випромінювання, з її оточення. Взагалі, хоча і не завжди, вони можуть бути визнані зниженням температури в їх оточенні; або, навпаки, їм потрібен джерело тепла, подібно до того, що отримується при спалюванні полум'я.

Поглинання енергії або тепла є спільним у всіх ендотермічних реакціях; Природа ж, так само як і залучені перетворення, дуже різноманітна. Скільки тепла вони повинні поглинати? Відповідь залежить від його термодинаміки: температури, при якій реакція відбувається спонтанно.

Наприклад, однією з найбільш емблематичних ендотермічних реакцій є зміна стану від льоду до рідкої води. Льоду потрібно поглинати тепло, поки його температура не досягне приблизно 0ºC; при цій температурі її плавлення стає спонтанним, і лід поглинеться, поки він повністю не розплавиться.

У спекотних місцях, таких як на березі пляжу, температура вище, і тому лід швидше поглинає тепло; тобто плавиться на більш високій швидкості. Розплавлення льодовиків є прикладом небажаної ендотермічної реакції.

Чому так відбувається? Чому льоду не можна представити як гарячу тверду речовину? Відповідь полягає в середній кінетичній енергії молекул води в обох станах, і як вони взаємодіють один з одним за допомогою своїх водневих зв'язків..

У рідкій воді її молекули володіють більшою свободою пересування, ніж у льоду, де вони вібрують нерухомі в своїх кристалах. Щоб рухатися, молекули повинні поглинати енергію таким чином, що їхні вібрації розбивають сильні спрямовані водневі мости в льоду.

З цієї причини лід поглинає тепло, щоб розплавитися. Щоб бути "гарячим льодом", водневі мости повинні бути аномально сильними, щоб плавитися при температурі, значно вище 0 ° С.

Індекс

• 1 Характеристики ендотермічної реакції
  • 1,1 ΔH> 0
  • 1.2 Охолоджуйте своє оточення
• 2 Рівняння
• 3 Приклади загальних ендотермічних реакцій
  • 3.1 Випаровування сухого льоду
  • 3.2 Випічка хліба або приготування їжі
  • 3.3 Сонячні ванни
  • 3.4 Реакція утворення атмосферного азоту та озону
  • 3.5 Електроліз води
  • 3.6 Фотосинтез
  • 3.7 Розчини деяких солей
  • 3.8 Теплові розкладання
  • 3.9 Хлорид амонію у воді
  • 3.10 Тріосульфат натрію
  • 3.11 Автомобільні двигуни
  • 3.12 киплячі рідини
  • 3.13 Приготування яйця
  • 3.14 Приготування їжі
  • 3.15 Нагрівання їжі в мікрохвильовій печі
  • 3.16 Лиття скла
  • 3.17 Споживання свічки
  • 3.18 Очищення гарячою водою
  • 3.19 Стерилізація тепла харчовими та іншими об'єктами
  • 3.20 Боротьба з інфекціями з лихоманкою
  • 3.21 Випаровування води
• 4 Посилання

Характеристики ендотермічної реакції

Зміна стану не є належним чином хімічною реакцією; однак відбувається те ж саме: продукт (рідка вода) має більше енергії, ніж реагент (лід). Це основна характеристика реакції або ендотермічного процесу: продукти більш енергійні, ніж реагенти.

Хоча це правда, це не означає, що продукти обов'язково повинні бути нестабільними. У випадку, коли вона є, ендотермічна реакція перестає бути спонтанною при всіх умовах температури або тиску.

Розглянемо наступне хімічне рівняння:

A + Q => B

Де Q являє тепло, зазвичай виражається з одиницями джоуля (J) або калорій (cal). Оскільки A поглинає тепло Q для перетворення в B, то тоді кажуть, що це ендотермічна реакція. Таким чином, B має більше енергії, ніж A, і повинна поглинати достатньо енергії для досягнення своєї трансформації.

Як видно з наведеної вище діаграми, A має меншу енергію, ніж B. Кількість тепла Q, яка поглинає A, є такою, що вона долає енергію активації (енергію, необхідну для досягнення фіолетового верху з пунктирною дахом). Різниця енергії між A і B є те, що відомо як ентальпія реакції, ΔH.

ΔH> 0

Всі ендотермічні реакції мають загальну попередню діаграму, оскільки продукти більш енергійні, ніж реагенти. Тому різниця енергії між ними, ΔH, завжди позитивна (H_{Продукт}-H_{Реагент} > 0). Коли це вірно, повинно бути поглинання тепла або енергії з оточення, щоб забезпечити цю енергетичну потребу.

І як інтерпретуються такі вирази? У хімічній реакції зв'язки завжди порушуються для створення інших. Щоб їх зламати, поглинання енергії необхідно; тобто ендотермічний пасаж. Між тим, формування ланок передбачає стабільність, тому вона є екзотермічним кроком.

Коли утворені зв'язки не забезпечують стабільності, порівнянної з кількістю енергії, необхідної для розриву старих зв'язків, це є ендотермічною реакцією. Саме тому необхідна додаткова енергія для стимулювання розриву найбільш стійких зв'язків у реагентах.

З іншого боку, в екзотермічних реакціях відбувається протилежне: виділяється тепло, а ΔН < 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.

Вони охолоджують своє оточення

Хоча це не стосується всіх ендотермічних реакцій, деякі з них викликають зниження температури навколишнього середовища. Це тому, що поглинене тепло надходить звідкись. Отже, якщо перетворення А і В переноситься в контейнер, воно охолоне.

Чим більше ендотермічна реакція, тим холодніше буде контейнер і його оточення. Насправді, деякі реакції здатні навіть сформувати тонкий крижаний покрив, як якщо б вони вийшли з холодильника.

Однак існують реакції такого типу, які не охолоджують своє оточення. Чому? Оскільки тепло оточення недостатньо; тобто, вона не забезпечує необхідного Q (J, cal), записаного в хімічних рівняннях. Тому саме тут виникає пожежа або ультрафіолетове випромінювання.

Між обома сценаріями може виникнути невелика плутанина. З одного боку, тепла оточення достатньо для того, щоб реакція протікала спонтанно, і спостерігається охолодження; з іншого боку, потрібно більше тепла і використовується ефективний спосіб нагрівання. В обох випадках відбувається те ж саме: енергія поглинається.

Рівняння

Які відповідні рівняння в ендотермічній реакції? Як вже було сказано, ΔH має бути позитивним. Для його розрахунку першим вважається наступне хімічне рівняння:

aA + bB => cC + dD

Де А і В є реагентними речовинами, а С і D є продуктами. Малі літери (a, b, c та d) є стехіометричними коефіцієнтами. Для обчислення ΔH цієї загальної реакції застосовується наступний математичний вираз:

ΔH_{Продукти}- ΔH_{Реагенти} = ΔH_rxn

Ви можете переходити безпосередньо або робити розрахунки окремо. Для ΔH_{Продукти} наступна сума повинна бути розрахована:

c ΔH_fC + d ΔH_fD

Де ΔH_f це ентальпія утворення кожної речовини, що бере участь у реакції. За умовами, речовини в їх найбільш стабільних формах мають ΔH_f= 0 Наприклад, молекули O₂ і Н₂, або твердого металу, вони мають ΔH_f= 0.

Те ж саме розрахунок тепер робиться для реагентів, ΔH_{Реагенти}:

до ΔH_fA + b ΔH_fB

Але як рівняння говорить, що ΔH_{Реагенти} необхідно відняти від ΔH_{Продукти}, тоді попередню суму потрібно помножити на -1. Таким чином у вас є:

c ΔH_fC + d ΔH_fD - (до ΔH_fA + b ΔH_fB)

Якщо результат цього розрахунку є позитивним числом, то це - ендотермічна реакція. І якщо це негативно, то це екзотермічна реакція.

Приклади загальних ендотермічних реакцій

Випаровування сухого льоду

Той, хто бачив ці білі пари, що виходять з кошика для морозива, став свідком одного з найбільш поширених прикладів ендотермічної "реакції".

За деякими кількостями морозива ці пари, відірвані від суцільного білого, називаються сухим льодом, також були частиною сценаріїв для створення ефекту туману. Цей сухий лід є не більш ніж твердим діоксидом вуглецю, який поглинає температуру і перед зовнішнім тиском починає сублімуватися.

Експеримент для дитячої аудиторії полягатиме в заповненні і герметизації мішка сухим льодом. Через деякий час вона закінчиться роздуванням через CO₂ газоподібний, який генерує роботу або притискає внутрішні стінки мішка до атмосферного тиску.

Випічка хлібів або приготування їжі

Випічка хліба є прикладом хімічної реакції, оскільки зараз відбуваються хімічні зміни внаслідок нагрівання. Той, хто пахне ароматом свіжоспеченого хліба, знає, що відбувається ендотермічна реакція.

Тісто і всі його інгредієнти потребують тепло печі, щоб виконати всі перетворення, необхідні для того, щоб стати хлібом і показувати його типові характеристики.

На додаток до хліба, кухня наповнена прикладами ендотермічних реакцій. Що з ними щодня готують кухарі. Приготування пасти, пом'якшення зерна, нагрівання зерна кукурудзи, випікання яєць, приправа м'яса, випічка торта, приготування чаю, нагрівання бутербродів; кожна з цих активностей є ендотермічними реакціями.

Засмагати

Настільки прості і поширені, як можуть здатися, сонячні ванни, які приймають деякі рептилії, такі як черепахи і крокодили, потрапляють в категорію ендотермічних реакцій. Черепахи поглинають тепло від сонця, щоб регулювати температуру свого організму.

Без сонця вони зберігають тепло воду, щоб зберегти тепло; що закінчується охолодженням води в ваших танках або рибних резервуарах.

Реакція атмосферного азоту і утворення озону

Повітря в основному складається з азоту і кисню. Під час гроз вивільняється енергія, яка може розірвати сильні зв'язки, які утримують атоми азоту разом у N-молекулі.₂:

N₂ + O₂ + Q => 2NO

З іншого боку, кисень може поглинати ультрафіолетове випромінювання, щоб стати озоном; алотропність кисню, яка дуже корисна в стратосфері, але шкодить життю на рівні землі. Реакція:

30₂ + v => 2O₃

Де v означає ультрафіолетове випромінювання. Механізм цього простого рівняння дуже складний.

Електроліз води

Електроліз використовує електричну енергію для відділення молекули в її елементах або утворення молекул. Наприклад, при електролізі води утворюються два гази: водень і кисень, кожен в різних електродах:

2H₂O => 2H₂ + O₂

Також таку реакцію може зазнавати хлорид натрію:

2NaCl => 2Na + Cl₂

В одному електроді ви побачите утворення металевого натрію, а в інших - зеленуваті бульбашки хлору.

Фотосинтез

Рослини і дерева повинні поглинати сонячне світло як джерело енергії для синтезу їх біоматеріалів. Для цього він використовує СО як сировину₂ і воду, яка через довгий ряд етапів перетворюється в глюкозу та інші цукру. Крім того, утворюється кисень, який виділяється з листя.

Розчини деяких солей

Якщо хлорид натрію розчиняється у воді, не буде помічено помітного зміни зовнішньої температури судини або контейнера..

Деякі солі, такі як хлорид кальцію, CaCl₂, підвищення температури води як продукту великої гідратації іонів Са²⁺. І інші солі, такі як нітрат або хлорид амонію, NH₄NO₃ і NH₄Cl, знижують температуру води і охолоджують її околиці.

У класах звичайно роблять домашні експерименти, розчиняючи деякі з цих солей, щоб продемонструвати, що таке ендотермічна реакція.

Зниження температури відбувається за рахунок гідратації іонів NH₄⁺ він не виступає проти розчинення кристалічних композицій його солей. Отже, солі поглинають тепло з води, щоб дозволити іонам бути сольватированними.

Інша хімічна реакція, яка зазвичай є дуже поширеною для демонстрації цього, полягає в наступному:

Ba (OH)₂· 8H₂O + 2NH₄NO₃ => Ba (NO₃)₂ + 2NH₃ +10H₂O

Зверніть увагу на кількість утвореної води. При змішуванні обох твердих речовин отримують водний розчин Ba (NO₃)₂, з запахом аміаку і з таким падінням температури, що буквально замерзає зовнішню поверхню контейнера.

Термічні розкладання

Одним з найбільш поширених термічних розкладань є бікарбонат натрію, NaHCO₃, для отримання CO₂ і води при нагріванні. Багато тверді речовини, включаючи карбонати, мають тенденцію до розкладання для вивільнення CO₂ і відповідний оксид. Наприклад, розкладання карбонату кальцію здійснюється наступним чином:

CaCO₃ + Q => CaO + CO₂

Те ж саме відбувається з карбонатами магнію, стронцію і барію.

Важливо відзначити, що термічне розкладання відрізняється від горіння. У першому немає присутності запалювання або виділення тепла, а в другому - так; тобто горіння є екзотермічною реакцією, навіть якщо вона потребує початкового джерела тепла, щоб відбутися або відбутися спонтанно.

Хлорид амонію у воді

Коли невелика кількість хлориду амонію (NH4Cl) розчиняється у воді в пробірці, трубка стає холоднішою, ніж раніше. Під час цієї хімічної реакції тепло поглинається з навколишнього середовища.

Тріосульфат натрію

При кристалах натрію тіосульфату (Na₂S₂O₃.5H₂О), зазвичай називається гіпо, розчиняється у воді, відбувається охолоджуючий ефект.

Автомобільні двигуни

Спалювання бензину або дизеля в двигунах автомобілів, вантажних автомобілів, тракторів або автобусів виробляє механічну енергію, яка використовується в обороті цих транспортних засобів.

Киплячі рідини

Поклавши рідину в тепло, вона отримує енергію і переходить у газоподібний стан.

Приготування яйця

При нанесенні тепла яєчні білки денатурують, утворюючи тверду структуру, яка зазвичай проковтується.

Приготування їжі

Взагалі, завжди при приготуванні тепла для зміни властивостей їжі відбуваються ендотермічні реакції.

Ці реакції є причиною того, що їжа стає м'якшою, генерує податні маси, звільняє компоненти, які вони містять, серед іншого.

Нагрівання їжі в мікрохвильовій печі

За допомогою мікрохвильового випромінювання молекули води в їжі поглинають енергію, починають вібрувати і підвищують температуру їжі.

Формовані скло

Поглинання скла склом робить їхні суглоби більш гнучкими, що полегшує їх форму.

Споживання свічки

Віск свічки плавиться, оскільки він поглинає тепло полум'я, змінюючи його форму.

Очищення гарячою водою

При використанні гарячої води для очищення об'єктів, які були забруднені жиром, наприклад, горщики або одяг, мастило стає більш рідким і легше видаляється.

Теплова стерилізація продуктів харчування та інших об'єктів

При нагріванні предметів або їжі мікроорганізми, які вони містять, також підвищують свою температуру.

Коли подається багато тепла, відбуваються реакції всередині мікробних клітин. Багато з цих реакцій, таких як розривні зв'язки або денатурація білка, в кінцевому підсумку вбивають мікроорганізми.

Боротьба з інфекціями з лихоманкою

Коли виникає лихоманка, це відбувається тому, що організм виробляє необхідне тепло для знищення бактерій і вірусів, що викликають інфекції і генерують захворювання.

Якщо виділене тепло високе, а лихоманка висока, клітини тіла також постраждали, і є ризик смерті.

Випаровування води

Коли вода випаровується і перетворюється на пару, це відбувається за рахунок тепла, яке вона отримує від навколишнього середовища. Оскільки кожна молекула води отримує теплову енергію, її вібраційна енергія зростає до точки, де вона може вільно рухатися, створюючи пари.

Список літератури

1. Уіттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія (8-е изд.). CENGAGE Навчання.
2. Вікіпедія. (2018). Ендотермічний процес. Отримано з: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27 грудня 2018). Приклади ендотермічної реакції. Отримано з: thoughtco.com
4. Ханська академія. (2019). Ендотермічний проти екзотермічні реакції Отримано з: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Що відбувається на молекулярному рівні під час ендотермічної реакції? Hearst Seattle Media. Отримано з: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Розрахунок ентальпії реакції з ентальпій освіти. Отримано з: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Приклади ендотермічної реакції. Отримано з:
   quimicas.net.