Endotermilised reaktsioonid, võrrandid ja näited



Üks endotermiline reaktsioon on see, mis peab toimuma, et neelata ümbritsevast energiast soojus või kiirgus. Üldiselt, kuigi mitte alati, võib neid ära tunda temperatuuri langus oma keskkonnas; vastupidi, nad vajavad soojusallikat, nagu see, mis saadakse leegiga.

Energia või soojuse imendumine on see, mis kõikidel endotermilistel reaktsioonidel on ühine; Sama olemus, nagu ka asjaomased muutused, on väga erinevad. Kui palju soojust nad peaksid absorbeerima? Vastus sõltub selle termodünaamikast: temperatuur, milles reaktsioon toimub spontaanselt.

Näiteks on üks kõige sümboolsemaid endotermilisi reaktsioone seisundi muutus jääst vedelikuks. Jää peab soojust absorbeerima, kuni selle temperatuur on umbes 0 ° C; sellel temperatuuril muutub selle sulamine spontaanseks ja jää absorbeerub, kuni see on täielikult sulanud.

Kuumates ruumides, näiteks ranniku kaldal, on temperatuurid kõrgemad ja seega jää neelab soojust kiiremini; see tähendab, et see sulab suurema kiirusega. Liustike sulamine on näide soovimatust endotermilisest reaktsioonist.

Miks see nii toimub? Miks ei saa jääd kuuma tahke ainena esitada? Vastus peitub veemolekulide keskmises kineetilises energias mõlemas riigis ja sellest, kuidas nad üksteisega suhtlevad vesiniksidemete kaudu.

Vedelas vees on selle molekulidel suurem liikumisvabadus kui jääl, kus nad vibreerivad oma kristallides paigal. Et liikuda, peavad molekulid neelama energiat nii, et nende vibratsioon katkestab tugevad vesiniku sillad jääs.

Sel põhjusel absorbeerib jää sulatamiseks soojust. "Kuuma jää" saamiseks peavad vesinik sillad olema ebanormaalselt tugevad, et sulatada temperatuuril üle 0 ° C..

Indeks

  • 1 Endotermilise reaktsiooni karakteristikud
    • 1,1 AH> 0
    • 1.2 Jahutage oma ümbrust
  • 2 võrrandid
  • 3 Ühiste endotermiliste reaktsioonide näited
    • 3.1 Kuiva jää aurustamine
    • 3.2 Leibade küpsetamine või toiduvalmistamine
    • 3.3 Päikesepaiste
    • 3.4 Atmosfääri lämmastiku ja osooni moodustumise reaktsioon
    • 3.5 Vee elektrolüüs
    • 3.6 Fotosüntees
    • 3.7 Mõnede soolade lahused
    • 3.8 Termilised lagunemised
    • 3.9 Ammooniumkloriid vees
    • 3.10 Naatriumtriosulfaat
    • 3.11 Autode mootorid
    • 3.12 keev vedelikud
    • 3.13 Munade valmistamine
    • 3.14 Toidu valmistamine
    • 3.15 Toidu kuumutamine mikrolaineahjus
    • 3.16 Klaasvormimine
    • 3.17 Küünla tarbimine
    • 3.18 Puhastamine kuuma veega
    • 3.19 Toidu ja muude esemete kuumsteriliseerimine
    • 3.20 Palavikuga nakkuste vastu võitlemine
    • 3.21 Vee aurustamine
  • 4 Viited

Endotermilise reaktsiooni karakteristikud

Riigi muutus ei ole korralikult keemiline reaktsioon; sama asi juhtub: toode (vedelik) omab rohkem energiat kui reaktiiv (jää). See on reaktsiooni või endotermilise protsessi põhiomadus: tooted on energilisemad kui reagendid.

Kuigi see on tõsi, ei tähenda see, et tooted peavad olema tingimata ebastabiilsed. Juhul, kui see on, lõpetab endotermiline reaktsioon spontaansuse kõigis temperatuuri- või rõhutingimustes.

Vaadake järgmist keemilist võrrandit:

A + Q => B

Kui Q tähistab soojust, mida tavaliselt väljendatakse džaulide (J) või kalorite (cal) ühikutes. Kuna A neelab soojust Q, et muuta see B-ks, siis öeldakse, et see on endotermiline reaktsioon. Seega on B-l rohkem energiat kui A-l ja see peab oma transformatsiooni saavutamiseks piisavalt energiat absorbeerima.

Nagu on näha ülaltoodud diagrammist, on A-l vähem energiat kui B. A-ga absorbeeruv soojus Q on selline, et see ületab aktiveerimisenergia (energia, mis on vajalik lillase katuse saavutamiseks punktiirkatusega). A ja B energia erinevus on see, mida nimetatakse reaktsiooni entalpiaks, AH.

AH> 0

Kõigil endotermilistel reaktsioonidel on ühine eelmine skeem, kuna tooted on energilisemad kui reagendid. Seetõttu on nende vaheline energia erinevus ΔH alati positiivne (HToode-HReagent > 0). Kui see on tõsi, peab selle energilise vajaduse saavutamiseks olema ümbritsevast soojuse või energia neeldumine.

Ja kuidas selliseid väljendeid tõlgendatakse? Keemiliste reaktsioonide korral luuakse lingid, et luua teisi. Nende murdmiseks on vajalik energia neeldumine; see tähendab endotermilist läbipääsu. Vahepeal tähendab linkide moodustumine stabiilsust, seega on see eksotermiline samm.

Kui moodustunud sidemed ei taga stabiilsust, mis on võrreldav vanade sidemete katkestamiseks vajaliku energiaga, on see endotermiline reaktsioon. Seetõttu on vaja täiendavat energiat, et soodustada kõige stabiilsemate sidemete purunemist reaktiivides.

Teisest küljest on eksotermilistes reaktsioonides vastupidine: soojus vabaneb ja AH on < 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.

Nad jahutavad oma ümbrust

Kuigi see ei kehti kõigi endotermiliste reaktsioonide kohta, põhjustavad mitmed neist ümbritseva keskkonna temperatuuri langust. Seda seetõttu, et imendunud soojus tuleb kuskilt. Järelikult, kui A ja B muundamine viidi konteinerisse, jahutatakse see.

Mida endotermilisem on reaktsioon, seda külmemaks muutub konteiner ja selle ümbrus. Tegelikult on mõned reaktsioonid võimelised moodustama õhukese jääkatte, nagu oleksid nad külmkapist välja tulnud.

Siiski on selliseid reaktsioone, mis ümbritsevat ümbrust ei jahuta. Miks? Kuna ümbritseva keskkonna soojus on ebapiisav; see tähendab, et see ei anna vajalikku Q (J, cal), mis on kirjutatud keemilistes võrrandites. Seetõttu on siin tulekahju või ultraviolettkiirguse sattumine.

Mõlema stsenaariumi vahel võib tekkida väike segadus. Ühest küljest piisab ümbritseva keskkonna soojusest, et reaktsioon jätkuks spontaanselt ja jahutamist täheldatakse; teisest küljest on vaja rohkem soojust ja kasutatakse tõhusat kuumutusmeetodit. Mõlemal juhul juhtub sama asi: energia imendub.

Võrrandid

Millised on endotermilise reaktsiooni asjakohased võrrandid? Nagu juba selgitatud, peab ΔH olema positiivne. Selle arvutamiseks loetakse kõigepealt järgmist keemilist võrrandit:

aA + bB => cC + dD

Kui A ja B on reaktiivi ained ning C ja D on tooted. Väikesed tähed (a, b, c ja d) on stöhhiomeetrilised koefitsiendid. Selle üldise reaktsiooni ΔH arvutamiseks kasutatakse järgmist matemaatilist väljendit:

AHTooted- AHReaktiivid = AHrxn

Te saate otse edasi minna või teha arvutused eraldi. ΔH jaoksTooted tuleb arvutada järgmine summa:

c ΔHfC + dAHfD

Kui ΔHf see on iga reaktsiooniga seotud aine moodustumise entalpia. Tavaliselt on nende kõige stabiilsemates vormides AH-df= 0 Näiteks O-molekulid2 ja H2, või tahke metall, neil on AHf= 0.

Sama arvutus on tehtud ka reagentide ΔH puhulReaktiivid:

kuni AHfA + b ΔHfB

Aga nagu võrrand ütleb, et ΔHReaktiivid tuleb lahutada ΔH-stTooted, siis tuleb eelmine summa korrutada -1-ga. Nii et teil on:

c ΔHfC + dAHfD - (kuni ΔHfA + b ΔHfB)

Kui selle arvutuse tulemus on positiivne arv, siis on see endotermiline reaktsioon. Ja kui see on negatiivne, on see eksotermiline reaktsioon.

Ühiste endotermiliste reaktsioonide näited

Kuiva jää aurustamine

Kes on näinud neid jäätmeid, mis on tekkinud jäätisest, on näinud üht kõige tavalisemat näidet endotermilisest "reaktsioonist"..

Lisaks mõnele jäätisele on need tahkest valgest eraldatud aurud, mida nimetatakse kuiva jääks, samuti osa uduse tekkimise stsenaariumidest. See kuiv jää ei ole midagi muud kui tahke süsinikdioksiid, mis neelab temperatuuri ja enne välise rõhu alistumist.

Katse lapse vaatajaskonna jaoks oleks koti täitmine ja pitseerimine kuiva jääga. Mõne aja pärast hakkab see CO-i tõttu täituma2 gaasiline, mis tekitab tööd või pressib koti siseseinu atmosfäärirõhu vastu.

Leivaküpsetamine või toidu valmistamine

Leivade küpsetamine on keemilise reaktsiooni näide, sest nüüd on kuumuse tõttu keemilisi muutusi. Kes värskelt küpsetatud leivade aroomi lõhnab, teab, et toimub endotermiline reaktsioon.

Tainas ja kõik selle koostisosad vajavad ahju soojust, et viia läbi kõik muutused, mis on hädavajalikud leiva saamiseks ja iseloomulikud omadused..

Lisaks leivadele on köök täis endotermiliste reaktsioonide näiteid. Kes toidab neid iga päev. Pasta küpsetamine, terade pehmendamine, maisi terade kuumutamine, küpsetuskambrid, maitseained, kooki küpsetamine, tee valmistamine, võileibade kuumutamine; iga selline tegevus on endotermilised reaktsioonid.

Päikestamine

Nii lihtsad ja tavalised, nagu nad võivad tunduda, kuuluvad teatud roomajad, nagu kilpkonnad ja krokodillid, endotermiliste reaktsioonide kategooriasse. Kilpkonnad absorbeerivad päikese soojust, et reguleerida oma organismi temperatuuri.

Ilma päikeseta säilitavad nad vee soojuse, et hoida sooja; mis jõuab vee jahutamiseni oma tankides või kalatankides.

Atmosfääri lämmastiku ja osooni moodustumise reaktsioon

Õhk koosneb peamiselt lämmastikust ja hapnikust. Äikesetormide ajal vabaneb energia, mis võib murda tugevad sidemed, mis hoiavad lämmastiku aatomid koos N-molekulis.2:

N2 + O2 + Q => 2NO

Teisest küljest võib hapnik absorbeerida ultraviolettkiirgust, et saada osooniks; hapniku allotroop, mis on stratosfääris väga kasulik, kuid kahjustab elu maapinnal. Reaktsioon on:

3O2 + v => 2O3

Kui v tähendab ultraviolettkiirgust. Selle lihtsa võrrandi taga olev mehhanism on väga keeruline.

Vee elektrolüüs

Elektrolüüs kasutab elektrienergiat, et eraldada molekul oma elementides või moodustada molekule. Näiteks vee elektrolüüsil tekib kaks gaasi: vesinik ja hapnik, igaüks erinevates elektroodides:

2H2O => 2H2 + O2

Samuti võib see reaktsioon reageerida naatriumkloriidile:

2NaCl => 2Na + Cl2

Ühes elektroodis näete metallilise naatriumi moodustumist ja muudes rohekates kloori mullides.

Fotosüntees

Taimed ja puud peavad oma biomaterjalide sünteesimiseks võtma vastu päikesevalgust kui energiavarustust. Selleks kasutab ta toorainena CO-i2 ja vesi, mis pika astmelise seeriaga muudetakse glükoosiks ja muudeks suhkrudeks. Lisaks moodustub hapnik, mis vabaneb lehtedest.

Mõnede soolade lahused

Kui naatriumkloriid lahustatakse vees, ei täheldata märgatavat muutust anuma või konteineri välistemperatuuril..

Mõned soolad, nagu kaltsiumkloriid, CaCl2, suurendada vee temperatuuri kui Ca ioonide suure hüdratatsiooni saadust2+. Ja muud soolad, nagu nitraat või ammooniumkloriid, NH4EI3 ja NH4Cl, vähendage vee temperatuuri ja jahutage selle ümbrust.

Klassiruumides tehakse tavaliselt koduseid katseid, lahustades mõned neist sooladest, et näidata endotermilist reaktsiooni.

Temperatuuri langus on tingitud NH ioonide hüdratatsioonist4+ see ei soodusta selle soolade kristallilise struktuuri lahustumist. Järelikult neelavad soolad veest soojust, et ioonid saaks solvaatuda.

Teine keemiline reaktsioon, mis on tavaliselt väga levinud selle tõendamiseks, on järgmine:

Ba (OH)2· 8H2O + 2NH4EI3 => Ba (NO3)2 + 2NH3 +10H2O

Pange tähele moodustunud vee kogus. Mõlema tahke aine segamisel saadakse Ba vesilahus (NO3)2, ammoniaagi lõhnaga ja sellise temperatuuri langusega, mis sõna otseses mõttes külmutab konteineri välispinna.

Termilised lagunemised

Üks levinumaid termilisi lagunemisi on naatriumvesinikkarbonaat, NaHCO3, tootma CO2 ja vesi kuumutamisel. Paljud tahked ained, kaasa arvatud karbonaadid, kalduvad lagunema, et vabastada CO2 ja vastav oksiid. Näiteks on kaltsiumkarbonaadi lagunemine järgmine:

CaCO3 + Q => CaO + CO2

Sama juhtub magneesiumi, strontsiumi ja baariumkarbonaatidega.

Oluline on märkida, et termiline lagunemine erineb põlemisest. Esimesel juhul puudub süüde olemasolu või soojust vabaneb, samas kui teises jah; see tähendab, et põlemine on eksotermiline reaktsioon, kuigi see vajab algset soojusallikat, mis toimub või toimub spontaanselt.

Ammooniumkloriid vees

Kui katseklaasis lahustatakse vees väike kogus ammooniumkloriidi (NH4Cl), muutub toru külmemaks kui varem. Selle keemilise reaktsiooni käigus imendub soojus keskkonnast.

Naatriumtriosulfaat

Kui naatriumtiosulfaadi kristallid (Na2S2O3.5H2O), mida tavaliselt nimetatakse hüpo, lahustub vees, tekib jahutus.

Autode mootorid

Bensiini või diislikütuse põletamine autode, veoautode, traktorite või busside mootorites toodab mehaanilist energiat, mida kasutatakse nende sõidukite ringluses..

Keemisvedelikud

Vedeliku soojendamisel toob see energiat ja läheb gaasilisse olekusse.

Muna keetmine

Kuumutamise korral denatureeritakse munavalgud, moodustades tahke struktuuri, mis tavaliselt allaneelatakse.

Toidu valmistamine

Üldiselt, alati, kui kuumutatakse toiduaine omaduste muutmiseks, tekivad endotermilised reaktsioonid.

Need reaktsioonid on see, mis põhjustab toidu muutumist pehmemaks, tekitades tempermaterjale, vabastades muuhulgas komponendid.

Toidu kuumutamine mikrolaineahjus

Mikrolainekiirguse abil absorbeerivad toiduainete veemolekulid energiat, hakkavad vibreerima ja tõstma toidu temperatuuri.

Valatud klaas

Klaasi soojuse neeldumine muudab nende ühendused paindlikumaks, muutes nende kuju kergemaks.

Küünla tarbimine

Küünla vaha sulab, kuna see neelab leegi soojust, muutes selle kuju.

Puhastamine kuuma veega

Kui kasutate kuuma vett rasvaga värvitud esemete, nagu potid või riided, puhastamiseks, muutub rasv vedelikuks ja on kergem eemaldada.

Toidu ja muude objektide kuumsteriliseerimine

Objektide või toidu kuumutamisel suurendavad nende sisaldavad mikroorganismid ka nende temperatuuri.

Kui saadakse palju soojust, tekivad reaktsioonid mikroobirakkude sees. Paljud neist reaktsioonidest, nagu lõhustuvad sidemed või valgu denaturatsioon, lõpevad mikroorganismide tapmisega.

Võitlus palavikuga nakkuste vastu

Kui palavik avaldub, on see sellepärast, et keha toodab vajalikku soojust nakkusi põhjustavate ja haigusi tekitavate bakterite ja viiruste tapmiseks..

Kui tekkinud soojus on kõrge ja palavik on kõrge, mõjutavad ka keharakud ja on surmaoht.

Vee aurustamine

Kui vesi aurustub ja muundub auruks, on see tingitud keskkonnast saadud soojusest. Kuna iga vee molekul võtab vastu soojusenergiat, suureneb selle vibratsioonienergia selleni, et see võib vabalt liikuda, tekitades auru..

Viited

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Keemia (8. väljaanne). KESKMINE Õppimine.
  2. Wikipedia. (2018). Endotermiline protsess. Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27. detsember 2018). Endotermiliste reaktsioonide näited. Välja otsitud andmebaasist: thinkco.com
  4. Khan Akadeemia. (2019). Endotermiline vs eksotermilised reaktsioonid Välja otsitud andmebaasist: khanacademy.org
  5. Serm Murmson. (2019). Mis juhtub molekulitasemega endotermilise reaktsiooni ajal? Hearst Seattle Media. Välja otsitud andmebaasist: education.seattlepi.com
  6. QuimiTube. (2013). Reaktsiooni entalpia arvutamine moodustumise entalpiast. Välja otsitud: quimitube.com
  7. Quimicas.net (2018). Endotermilise reaktsiooni näited. Välja otsitud:
    quimicas.net.