Endotermiczne charakterystyki reakcji, równania i przykłady

Jeden reakcja endotermiczna to, co musi mieć miejsce, aby pochłonąć energię, w postaci ciepła lub promieniowania, z otoczenia. Ogólnie, choć nie zawsze, można je rozpoznać po spadku temperatury w ich otoczeniu; lub wręcz przeciwnie, potrzebują źródła ciepła, takiego jak to, które uzyskuje płonący płomień.

Absorpcja energii lub ciepła jest wspólną cechą wszystkich reakcji endotermicznych; Charakter tego samego, a także związane z nim przemiany, są bardzo zróżnicowane. Ile ciepła powinny wchłonąć? Odpowiedź zależy od jego termodynamiki: temperatury, w której reakcja zachodzi spontanicznie.

Na przykład jedną z najbardziej charakterystycznych reakcji endotermicznych jest zmiana stanu z lodu na płynną. Lód musi absorbować ciepło, aż jego temperatura osiągnie około 0ºC; w tej temperaturze jej topnienie staje się spontaniczne, a lód wchłania się, aż do całkowitego stopienia.

W gorących miejscach, takich jak brzegi plaży, temperatury są wyższe i dlatego lód szybciej pochłania ciepło; to znaczy topi się z większą prędkością. Topnienie lodowców jest przykładem niepożądanej reakcji endotermicznej.

Dlaczego tak się dzieje? Dlaczego nie można przedstawić lodu jako gorącego ciała stałego? Odpowiedź leży w średniej energii kinetycznej cząsteczek wody w obu stanach i ich wzajemnym oddziaływaniu poprzez wiązania wodorowe.

W ciekłej wodzie jego cząsteczki mają większą swobodę ruchu niż w lodzie, gdzie drgają stacjonarnie w swoich kryształach. Aby się poruszyć, cząsteczki muszą absorbować energię w taki sposób, aby ich wibracje rozbijały silne kierunkowe mostki wodorowe w lodzie.

Z tego powodu lód absorbuje ciepło do stopienia. Aby istniał „gorący lód”, mostki wodorowe musiałyby być wyjątkowo mocne, aby stopić się w temperaturze znacznie powyżej 0 ° C.

Indeks

• 1 Charakterystyka reakcji endotermicznej
  • 1,1 ΔH> 0
  • 1.2 Schłodzić otoczenie
• 2 równania
• 3 Przykłady typowych reakcji endotermicznych
  • 3.1 Odparowanie suchego lodu
  • 3.2 Pieczenie pieczywa lub gotowanie żywności
  • 3.3 Opalanie
  • 3.4 Reakcja tworzenia się azotu i ozonu w atmosferze
  • 3.5 Elektroliza wody
  • 3.6 Fotosynteza
  • 3.7 Roztwory niektórych soli
  • 3.8 Rozkłady termiczne
  • 3.9 Chlorek amonu w wodzie
  • 3.10 Triosiarczan sodu
  • 3.11 Silniki samochodowe
  • 3.12 gotowanie płynów
  • 3.13 Gotowanie jajka
  • 3.14 Gotowanie żywności
  • 3.15 Ogrzewanie żywności w kuchence mikrofalowej
  • 3.16 Formowanie szkła
  • 3.17 Zużycie świecy
  • 3.18 Czyszczenie gorącą wodą
  • 3.19 Sterylizacja termiczna żywności i innych przedmiotów
  • 3.20 Zwalczanie infekcji gorączką
  • 3.21 Parowanie wody
• 4 odniesienia

Charakterystyka reakcji endotermicznej

Zmiana stanu nie jest właściwie reakcją chemiczną; jednak to samo dzieje się: produkt (ciekła woda) ma więcej energii niż reagent (lód). Jest to główna cecha reakcji lub procesu endotermicznego: produkty są bardziej energetyczne niż reagenty.

Chociaż to prawda, nie oznacza to, że produkty muszą koniecznie być niestabilne. W takim przypadku reakcja endotermiczna przestaje być spontaniczna w każdych warunkach temperatury lub ciśnienia.

Rozważ następujące równanie chemiczne:

A + Q => B

Gdzie Q oznacza ciepło, zwykle wyrażane za pomocą jednostek dżuli (J) lub kalorii (cal). Ponieważ A absorbuje ciepło Q do przekształcenia w B, mówi się, że jest to reakcja endotermiczna. Zatem B ma więcej energii niż A i musi wchłonąć wystarczającą ilość energii, aby osiągnąć swoją transformację.

Jak widać na powyższym diagramie, A ma mniej energii niż B. Ilość absorbowanego ciepła Q jest taka, że ​​pokonuje energię aktywacji (energia potrzebna do osiągnięcia fioletowego wierzchołka z kropkowanym dachem). Różnica energii między A i B jest znana jako entalpia reakcji ΔH.

ΔH> 0

Wszystkie reakcje endotermiczne mają wspólny poprzedni diagram, ponieważ produkty są bardziej energetyczne niż reagenty. Dlatego różnica energii między nimi, ΔH, jest zawsze dodatnia (H_Produkt-H_Odczynnik > 0). Kiedy to prawda, musi istnieć absorpcja ciepła lub energii z otoczenia, aby zaspokoić tę energetyczną potrzebę.

A jak interpretowane są takie wyrażenia? W reakcji chemicznej linki są zawsze łamane, aby tworzyć inne. Aby je złamać, konieczna jest absorpcja energii; to jest przejście endotermiczne. Tymczasem tworzenie się połączeń oznacza stabilność, więc jest to etap egzotermiczny.

Gdy utworzone wiązania nie zapewniają stabilności porównywalnej do ilości energii wymaganej do rozbicia starych wiązań, jest to reakcja endotermiczna. Dlatego potrzebna jest dodatkowa energia, aby promować rozbijanie najbardziej stabilnych wiązań w odczynnikach.

Z drugiej strony, w reakcjach egzotermicznych występuje odwrotnie: ciepło jest uwalniane, a ΔH jest < 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.

Ochładzają otoczenie

Chociaż nie dotyczy to wszystkich reakcji endotermicznych, kilka z nich powoduje spadek temperatury otoczenia. To dlatego, że pochłonięte ciepło pochodzi skądś. W konsekwencji, gdyby konwersja A i B została przeniesiona do kontenera, ochłodziłaby się.

Im bardziej endotermiczna jest reakcja, tym zimniejszy staje się pojemnik i jego otoczenie. W rzeczywistości niektóre reakcje są nawet zdolne do utworzenia cienkiej pokrywy lodowej, jakby wyszły z lodówki.

Istnieją jednak reakcje tego typu, które nie chłodzą otoczenia. Dlaczego? Ponieważ ciepło otoczenia jest niewystarczające; to znaczy, nie zapewnia niezbędnego Q (J, cal) zapisanego w równaniach chemicznych. Dlatego właśnie tutaj pojawia się ogień lub promieniowanie ultrafioletowe.

Pomiędzy oboma scenariuszami może pojawić się niewielkie zamieszanie. Z jednej strony, ciepło otoczenia wystarcza, aby reakcja przebiegała spontanicznie i obserwuje się chłodzenie; z drugiej strony potrzeba więcej ciepła i stosowana jest wydajna metoda ogrzewania. W obu przypadkach dzieje się to samo: energia jest pochłaniana.

Równania

Jakie są odpowiednie równania w reakcji endotermicznej? Jak już wyjaśniono, ΔH musi być dodatnia. Aby to obliczyć, pierwsze równanie chemiczne jest uważane za pierwsze:

aA + bB => cC + dD

Gdzie A i B to substancje reagujące, a C i D to produkty. Małe litery (a, b, cid) są współczynnikami stechiometrycznymi. Aby obliczyć ΔH tej ogólnej reakcji, stosuje się następujące wyrażenie matematyczne:

HH_Produkty- HH_Odczynniki = ΔH_rxn

Możesz przejść bezpośrednio lub wykonać obliczenia osobno. Dla ΔH_Produkty należy obliczyć następującą sumę:

c ΔH_fC + d ΔH_fD

Gdzie ΔH_f to entalpia tworzenia każdej substancji zaangażowanej w reakcję. Zgodnie z konwencją substancje w ich najbardziej stabilnych postaciach mają ΔH_f= 0 Na przykład cząsteczki O₂ i H₂, lub z litego metalu, mają ΔH_f= 0.

Te same obliczenia są teraz wykonywane dla reagentów, ΔH_Odczynniki:

do ΔH_fA + b ΔH_fB

Ale jak mówi równanie, ΔH_Odczynniki należy odjąć od ΔH_Produkty, następnie poprzednia suma musi zostać pomnożona przez -1. Więc masz:

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

Jeśli wynikiem tego obliczenia jest liczba dodatnia, to jest to reakcja endotermiczna. A jeśli jest negatywna, to jest to reakcja egzotermiczna.

Przykłady typowych reakcji endotermicznych

Odparowanie suchego lodu

Ktokolwiek widział te białe pary wydobywające się z wózka na lody, był świadkiem jednego z najczęstszych przykładów endotermicznej „reakcji”.

Poza kilkoma lodami opary oderwane od białego ciała, zwane suchym lodem, również były częścią scenariuszy, aby stworzyć efekt zamglenia. Ten suchy lód jest niczym innym jak stałym dwutlenkiem węgla, który pochłania temperaturę i zanim ciśnienie zewnętrzne zacznie sublimować.

Eksperyment dla widowni dziecięcej polegałby na wypełnieniu i zamknięciu torby suchym lodem. Po chwili skończy się pompowanie z powodu CO₂ gazowy, który wytwarza pracę lub naciska wewnętrzne ścianki worka na ciśnienie atmosferyczne.

Pieczenie bochenków lub gotowanie potraw

Pieczenie pieczywa jest przykładem reakcji chemicznej, ponieważ obecnie występują zmiany chemiczne spowodowane ciepłem. Kto czuje zapach świeżo upieczonego chleba, wie, że zachodzi reakcja endotermiczna.

Ciasto i wszystkie jego składniki potrzebują ciepła z pieca do przeprowadzenia wszystkich przemian, niezbędnych, aby stać się chlebem i wykazywać jego typowe cechy.

Oprócz pieczywa kuchnia jest pełna przykładów reakcji endotermicznych. Kto gotuje sobie z nimi codziennie. Gotowanie makaronu, zmiękczanie ziaren, ogrzewanie ziaren kukurydzy, pieczenie jajek, przyprawianie mięs, pieczenie ciasta, robienie herbaty, podgrzewanie kanapek; każda z tych czynności jest reakcją endotermiczną.

Opalanie się

Jakkolwiek proste i powszechne mogą się wydawać, kąpiele słoneczne, które biorą niektóre gady, takie jak żółwie i krokodyle, należą do kategorii reakcji endotermicznych. Żółwie pochłaniają ciepło słoneczne, aby regulować temperaturę ich organizmu.

Bez słońca zachowują ciepło wody, aby się ogrzać; co kończy chłodzenie wody w twoich zbiornikach lub zbiornikach rybnych.

Reakcja atmosferycznego tworzenia azotu i ozonu

Powietrze składa się głównie z azotu i tlenu. Podczas burz z piorunami uwalniana jest energia, która może rozerwać silne wiązania, które utrzymują atomy azotu w cząsteczce N.₂:

N₂ + O₂ + Q => 2NO

Z drugiej strony tlen może absorbować promieniowanie ultrafioletowe, aby stać się ozonem; alotrop tlenu, który jest bardzo korzystny w stratosferze, ale szkodliwy dla życia na poziomie gruntu. Reakcja:

3O₂ + v => 2O₃

Gdzie v oznacza promieniowanie ultrafioletowe. Mechanizm tego prostego równania jest bardzo złożony.

Elektroliza wody

Elektroliza wykorzystuje energię elektryczną do oddzielania cząsteczki w jej elementach lub tworzenia cząsteczek. Na przykład w elektrolizie wody wytwarzane są dwa gazy: wodór i tlen, każdy w różnych elektrodach:

2H₂O => 2H₂ + O₂

Również chlorek sodu może cierpieć na tę samą reakcję:

2NaCl => 2Na + Cl₂

W jednej z elektrod widać powstawanie metalicznego sodu, aw drugiej zielonkawe pęcherzyki chloru.

Fotosynteza

Rośliny i drzewa muszą absorbować światło słoneczne jako źródło energii, aby zsyntetyzować swoje biomateriały. W tym celu wykorzystuje CO jako surowiec₂ i woda, która przez długą serię kroków jest przekształcana w glukozę i inne cukry. Ponadto powstaje tlen, który jest uwalniany z liści.

Roztwory niektórych soli

Jeśli chlorek sodu zostanie rozpuszczony w wodzie, nie zauważy się zauważalnej zmiany temperatury zewnętrznej naczynia lub pojemnika..

Niektóre sole, takie jak chlorek wapnia, CaCl₂, zwiększyć temperaturę wody jako produkt wielkiego uwodnienia jonów Ca.²⁺. I inne sole, takie jak azotan lub chlorek amonu, NH₄NIE₃ i NH₄Cl, obniż temperaturę wody i schłódź jej otoczenie.

W klasach zwykle wykonywane są domowe eksperymenty rozpuszczające niektóre z tych soli, aby zademonstrować, co jest reakcją endotermiczną.

Spadek temperatury wynika z uwodnienia jonów NH₄⁺ nie faworyzuje rozpuszczania krystalicznych układów jego soli. W konsekwencji sole pochłaniają ciepło z wody, aby umożliwić solwatację jonów.

Inna reakcja chemiczna, która zwykle jest bardzo powszechna, aby wykazać, że jest to:

Ba (OH)₂· 8H₂O + 2NH₄NIE₃ => Ba (NIE₃)₂ + 2NH₃ +10H₂O

Zwróć uwagę na ilość powstałej wody. Przez zmieszanie obu ciał stałych otrzymuje się wodny roztwór Ba (NO₃)₂, z zapachem amoniaku i takim spadkiem temperatury, który dosłownie zamraża zewnętrzną powierzchnię pojemnika.

Rozkłady termiczne

Jednym z najczęstszych rozkładów termicznych jest wodorowęglan sodu, NaHCO₃, produkować CO₂ i woda po podgrzaniu. Wiele ciał stałych, w tym węglanów, ma tendencję do rozkładu w celu uwolnienia CO₂ i odpowiedni tlenek. Na przykład rozkład węglanu wapnia jest następujący:

CaCO₃ + Q => CaO + CO₂

To samo dzieje się z węglanami magnezu, strontu i baru.

Ważne jest, aby pamiętać, że rozkład termiczny różni się od spalania. W pierwszym nie ma obecności zapłonu lub ciepło jest uwalniane, podczas gdy w drugim tak; to znaczy, spalanie jest reakcją egzotermiczną, nawet jeśli potrzebuje początkowego źródła ciepła, które ma nastąpić lub wystąpić spontanicznie.

Chlorek amonu w wodzie

Gdy niewielka ilość chlorku amonu (NH4Cl) zostanie rozpuszczona w wodzie w probówce, rurka staje się zimniejsza niż wcześniej. Podczas tej reakcji chemicznej ciepło jest absorbowane ze środowiska.

Triosiarczan sodu

Gdy kryształy tiosiarczanu sodu (Na₂S₂O₃.5H₂O), powszechnie nazywany hypo, rozpuszcza się w wodzie, występuje efekt chłodzenia.

Silniki samochodowe

Spalanie benzyny lub oleju napędowego w silnikach samochodów osobowych, ciężarowych, ciągników lub autobusów wytwarza energię mechaniczną, która jest wykorzystywana w obiegu tych pojazdów.

Wrzące płyny

Umieszczając ciecz w cieple, zyskuje energię i przechodzi w stan gazowy.

Gotowanie jajka

Gdy stosuje się ciepło, białka jaja ulegają denaturacji, tworząc stałą strukturę, która jest zwykle spożywana.

Gotowanie żywności

Ogólnie rzecz biorąc, zawsze podczas gotowania na ciepło, aby zmienić właściwości żywności, zachodzą reakcje endotermiczne.

Reakcje te powodują, że jedzenie staje się bardziej miękkie, generuje ciągliwe masy, uwalnia między innymi zawarte w nich składniki.

Ogrzewanie żywności w kuchence mikrofalowej

Za pomocą promieniowania mikrofalowego cząsteczki wody w żywności absorbują energię, zaczynają wibrować i zwiększają temperaturę żywności.

Formowane szkło

Absorpcja ciepła przez szkło sprawia, że ​​ich połączenia stają się bardziej elastyczne, co ułatwia zmianę ich kształtu.

Zużycie świecy

Wosk świecy topi się, pochłaniając ciepło płomienia, zmieniając jego kształt.

Czyszczenie gorącą wodą

Używając gorącej wody do czyszczenia przedmiotów zabrudzonych tłuszczem, takich jak garnki lub ubrania, smar staje się bardziej płynny i łatwiej go usunąć.

Sterylizacja termiczna żywności i innych przedmiotów

Podczas ogrzewania przedmiotów lub żywności mikroorganizmy, które zawierają, zwiększają również temperaturę.

Gdy dostarczana jest duża ilość ciepła, zachodzą reakcje wewnątrz komórek drobnoustrojów. Wiele z tych reakcji, takich jak łamanie wiązań lub denaturacja białek, kończy się zabijaniem mikroorganizmów.

Zwalczanie infekcji gorączką

Kiedy pojawia się gorączka, to dlatego, że organizm wytwarza niezbędne ciepło, aby zabić bakterie i wirusy, które powodują infekcje i wywołują choroby.

Jeśli wytwarzane ciepło jest wysokie, a gorączka wysoka, komórki ciała również są dotknięte i istnieje ryzyko śmierci.

Parowanie wody

Kiedy woda odparowuje i zamienia się w parę, jest to spowodowane ciepłem, które otrzymuje z otoczenia. Gdy energia cieplna jest odbierana przez każdą cząsteczkę wody, jej energia wibracyjna wzrasta do punktu, w którym może się swobodnie poruszać, tworząc parę.

Referencje

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning.
2. Wikipedia. (2018). Proces endotermiczny. Źródło: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27 grudnia 2018 r.). Przykłady reakcji endotermicznych. Źródło: thinkco.com
4. Khan Academy. (2019). Endotermiczny vs. reakcje egzotermiczne Źródło: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Co dzieje się na poziomie molekularnym podczas reakcji endotermicznej? Hearst Seattle Media. Źródło: edukacja.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Obliczanie entalpii reakcji z entalpii formacji. Źródło: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Przykłady reakcji endotermicznej. Źródło:
   quimicas.net.