- Karakteristika ved en endoterm reaktion
- ΔH> 0
- De afkøler deres omgivelser
- ligninger
- Eksempler på almindelige endotermiske reaktioner
- Fordampning af tøris
- Bagning af brød eller madlavning
- Solbadning
- Reaktion af atmosfærisk nitrogen- og ozondannelse
- Elektrolyse af vand
- Fotosyntese
- Opløsninger af nogle salte
- Termiske nedbrydninger
- Ammoniumklorid i vand
- Natriumtriosulfat
- Bilmotorer
- Kogende væsker
- Kog et æg
- Madlavning
- Opvarmning af mad i mikrobølgeovnen
- Støbning af glas
- Forbrug af et stearinlys
- Rengøring af varmt vand
- Varmesterilisering af mad og andre genstande
- Bekæmp infektioner med feber
- Vandfordampning
- Referencer
En endotermisk reaktion er en reaktion, som skal finde sted, skal absorbere energi i form af varme eller stråling fra omgivelserne. Generelt, men ikke altid, kan de genkendes af et fald i temperaturen i deres omgivelser; eller tværtimod, de har brug for en varmekilde, såsom den, der opnås ved en brændende flamme.
Absorptionen af energi eller varme er det, som alle endotermiske reaktioner har til fælles; deres art såvel som de involverede transformationer er meget forskellige. Hvor meget varme skal de absorbere? Svaret afhænger af dets termodynamik: temperaturen, hvorpå reaktionen sker spontant.
Smeltende isstalaktit. Kilde: Pixabay
For eksempel er en af de mest emblematiske endotermiske reaktioner ændringen af tilstand fra is til flydende vand. Is er nødt til at absorbere varme, indtil dens temperatur når ca. 0 ° C; ved den temperatur bliver dens smeltning spontan, og isen optager, indtil den er fuldstændigt smeltet.
I varme rum, såsom ved en strand, er temperaturerne højere, og derfor absorberer isen hurtigere varme; det vil sige, det smelter hurtigere. Smeltning af gletsjere er et eksempel på en uønsket endoterm reaktion.
Hvorfor sker det på denne måde? Hvorfor kan is ikke fremstå som et varmt fast stof? Svaret ligger i den gennemsnitlige kinetiske energi for vandmolekylerne i begge tilstande, og hvordan de interagerer med hinanden gennem deres brintbindinger.
I flydende vand har molekylerne større bevægelsesfrihed end i is, hvor de vibrerer stationært i dets krystaller. For at bevæge sig skal molekyler absorbere energi på en sådan måde, at deres vibrationer bryder de stærke retningsbestemte brintbindinger i isen.
Af denne grund absorberer is varme til at smelte. For at "varm is" skal eksistere, ville brintbinding være unormalt stærk for at smelte ved en temperatur langt over 0 ° C.
Karakteristika ved en endoterm reaktion
Tilstandsændringen er ikke korrekt en kemisk reaktion; Men det samme sker: produktet (flydende vand) har højere energi end reaktanten (is). Dette er den vigtigste egenskab ved en endoterm reaktion eller proces: produkterne er mere energiske end reaktanterne.
Selvom dette er sandt, betyder det ikke, at produkter nødvendigvis skal være ustabile. I tilfælde af det ophører den endoterme reaktion med at være spontan under alle temperatur- eller trykbetingelser.
Overvej følgende kemiske ligning:
A + Q => B
Hvor Q repræsenterer varme, normalt udtrykt i enhederne i joule (J) eller kalorier (cal). Idet A optager varme Q for at omdanne til B, siges det så, at det er en endoterm reaktion. Således har B mere energi end A og skal absorbere nok energi til at opnå dens transformation.
Endotermisk reaktionsdiagram for A og B. Kilde: Gabriel Bolívar
Som det kan ses i diagrammet ovenfor, har A mindre energi end B. Mængden af varme Q, der er absorberet af A, er sådan, at den overvinder aktiveringsenergien (den energi, der er nødvendig for at nå den purpurfarvede toptop). Forskellen i energi mellem A og B er, hvad der er kendt som entalpien af reaktionen, ΔH.
ΔH> 0
Alle endotermiske reaktioner har ovenstående diagram fælles, da produkterne er mere energiske end reaktanterne. Derfor er energiforskellen mellem dem, ΔH, altid positiv (H Produkt -H Reactive > 0). Da dette er sandt, skal der være en absorption af varme eller energi fra omgivelserne for at forsyne dette energibehov.
Og hvordan tolkes sådanne udtryk? I en kemisk reaktion brydes bindinger altid for at skabe nye. For at bryde dem er absorption af energi nødvendig; det er, det er et endotermisk trin. I mellemtiden indebærer dannelsen af bindinger stabilitet, så det er et eksotermisk skridt.
Når de dannede bindinger ikke giver stabilitet, der kan sammenlignes med den mængde energi, der kræves for at bryde de gamle bindinger, er det en endoterm reaktion. Derfor er der behov for yderligere energi for at fremme brud på de mest stabile bindinger i reaktanterne.
På den anden side forekommer det modsatte ved eksoterme reaktioner: varme frigives, og ΔH er <1 (negativ). Her er produkterne mere stabile end reaktanterne, og diagrammet mellem A og B ændrer form; nu er B under A, og aktiveringsenergien er lavere.
De afkøler deres omgivelser
Selvom det ikke gælder for alle endotermiske reaktioner, forårsager flere af dem et fald i temperaturen i deres omgivelser. Dette skyldes, at den absorberede varme kommer fra et eller andet sted. Følgelig, hvis omdannelsen af A og B skulle finde sted i en container, ville den køle ned.
Jo mere endoterm reaktion, jo koldere bliver beholderen og dens omgivelser. Faktisk er nogle reaktioner endda i stand til at danne et tyndt lag is, som om de var kommet ud af et køleskab.
Der er dog reaktioner af denne type, der ikke køler omgivelserne. Hvorfor? Fordi den omgivende varme ikke er tilstrækkelig; det vil sige, det giver ikke det nødvendige Q (J, cal), der er skrevet i kemiske ligninger. Derfor er dette, når brand eller UV-stråling trænger ind.
Der kan opstå lidt forvirring mellem de to scenarier. På den ene side er varmen fra omgivelserne nok til, at reaktionen fortsætter spontant, og afkøling observeres; og på den anden side er der brug for mere varme, og der bruges en effektiv opvarmningsmetode. I begge tilfælde sker den samme ting: energi absorberes.
ligninger
Hvad er de relevante ligninger i en endoterm reaktion? Som allerede forklaret, skal ΔH være positiv. For at beregne det overvejes først følgende kemiske ligning:
aA + bB => cC + dD
Hvor A og B er reaktanterne, og C og D er produkterne. De små bogstaver (a, b, c og d) er de støkiometriske koefficienter. For at beregne ΔH for denne generiske reaktion anvendes følgende matematiske udtryk:
ΔH- produkter - ΔH- reagenser = ΔH rxn
Du kan fortsætte direkte eller foretage beregningerne separat. For ΔH- produkter skal følgende sum beregnes:
c ΔH f C + d ΔH f D
Hvor ΔH f er entalpien til dannelse af hvert stof involveret i reaktionen. Efter konvention har stoffer i deres mest stabile former ΔH f = 0. Fx molekyler af O 2 og H 2, eller et fast metal, har AH f = 0.
Samme beregning foretages nu for reaktanterne, ΔH Reagents:
a ΔH f A + b ΔH f B
Men da ligningen siger, at ΔH- reagenser skal trækkes fra ΔH- produkter, skal ovennævnte sum ganges med -1. Så du har:
c ΔH f C + d ΔH f D - (a ΔH f A + b ΔH f B)
Hvis resultatet af denne beregning er et positivt tal, er det en endotermisk reaktion. Og hvis det er negativt, er det en eksoterm reaktion.
Eksempler på almindelige endotermiske reaktioner
Fordampning af tøris
Tøris. Kilde: Nevit, fra Wikimedia Commons
Enhver, der nogensinde har set de hvide dampe, der stammer fra en iskurv, har været vidne til et af de mest almindelige eksempler på en endotermisk "reaktion".
Ud over nogle is, har disse dampe frigivet fra hvide faste stoffer, kaldet tøris, også været en del af scenarierne for at skabe diseffekten. Denne tøris er intet andet end fast kuldioxid, som når man absorberer temperatur og udvendigt tryk begynder at sublimere.
Et eksperiment for et børnepublikum ville være at fylde og forsegle en pose med tøris. Efter et stykke tid vil det ende med at oppustes på grund af den gasformige CO 2, der genererer arbejde eller presser posens indvendige vægge mod atmosfærisk tryk.
Bagning af brød eller madlavning
Bagt brød. Kilde: Pixabay
Bagning af brød er et eksempel på en kemisk reaktion, da der nu er kemiske ændringer på grund af varme. Enhver, der har lugtet duften af nybagt brød ved, at der opstår en endoterm reaktion.
Dejen og alle dens ingredienser har brug for ovnens varme for at udføre alle transformationer, der er vigtige for at blive brød og udvise dets typiske egenskaber.
Foruden brød er køkkenet fyldt med eksempler på endotermiske reaktioner. Den, der laver mad, handler dagligt med dem. Madlavning pasta, blødgøring af kerner, opvarmning af majs kerner, madlavning æg, krydderier kød, bagning af en kage, at lave te, varme sandwich; hver af disse aktiviteter er endotermiske reaktioner.
Solbadning
Skildpadder får et solbad. Kilde: Pixabay
Så enkle og almindelige som de kan se ud, falder solbad der er taget af visse krybdyr, såsom skildpadder og krokodiller, ind i kategorien endotermiske reaktioner. Skildpadder absorberer varme fra solen for at regulere deres kropstemperatur.
Uden solen bevarer de vandets varme for at holde varmen; som ender med at afkøle vandet i dine damme eller fisketanke.
Reaktion af atmosfærisk nitrogen- og ozondannelse
Lyn. Kilde: Pixabay
Luft består hovedsageligt af nitrogen og ilt. Under elektriske storme frigøres sådan energi, at den kan bryde de stærke bindinger, der holder nitrogenatomer sammen i N 2- molekylet:
N 2 + O 2 + Q => 2NO
På den anden side kan ilt absorbere ultraviolet stråling for at blive ozon; allotrop ilt, der er meget gavnligt i stratosfæren, men skadelig for livet på jordoverfladen. Reaktionen er:
3O 2 + v => 2O 3
Hvor v betyder ultraviolet stråling. Mekanismen bag denne enkle ligning er meget kompleks.
Elektrolyse af vand
Elektrolyse bruger elektrisk energi til at adskille et molekyle i dets dannende elementer eller molekyler. For eksempel genereres to gasser ved elektrolyse af vand: brint og ilt, hver i forskellige elektroder:
2H 2 O => 2H 2 + O 2
Natriumchlorid kan også gennemgå den samme reaktion:
2NaCl => 2Na + Cl 2
I den ene elektrode vil du se dannelsen af metallisk natrium og i den anden grønlige boble af klor.
Fotosyntese
Planter og træer er nødt til at absorbere sollys som en energiforsyning for at syntetisere deres biomaterialer. Til dette bruger det CO 2 og vand som råmaterialer, der gennem en lang række trin omdannes til glukose og andre sukkerarter. Derudover dannes ilt, der frigøres fra bladene.
Opløsninger af nogle salte
Hvis natriumchlorid opløses i vand, vil der ikke bemærkes nogen mærkbar ændring i den ydre temperatur på glasset eller beholderen.
Nogle salte, såsom calciumchlorid, CaCI 2, øger temperaturen af vandet som følge af den store hydratisering af Ca 2 + -ioner. Og andre salte, såsom ammoniumnitrat eller chlorid, NH 4 NO 3 og NH 4 Cl, sænke temperaturen af vandet og køle dens omgivelser.
I klasselokaler udføres hjemmeforsøg ofte ved at opløse nogle af disse salte for at demonstrere, hvad en endoterm reaktion er.
Faldet i temperatur skyldes det faktum, at hydratisering af NH 4 + -ioner ikke favoriseres mod opløsningen af de krystallinske arrangementer af deres salte. Følgelig absorberer saltene varme fra vandet for at lade ionerne opløses.
En anden kemisk reaktion, der normalt er meget almindelig for at demonstrere dette, er følgende:
Ba (OH) 2 8H 2 O + 2NH 4 NO 3 => Ba (NO 3) 2 + 2NH 3 + 10H 2 O
Bemærk mængden af dannet vand. Når begge faste stoffer blandes, opnås en vandig opløsning af Ba (NO 3) 2 med lugten af ammoniak og med et fald i temperaturen, således at det bogstaveligt fryser beholderens ydre overflade.
Termiske nedbrydninger
En af de mest almindelige termiske nedbrydninger er den af natriumbicarbonat, NaHCO 3, til fremstilling af CO 2 og vand, når det opvarmes. Mange faste stoffer, herunder carbonater, nedbrydes ofte for at frigive CO 2 og det tilsvarende oxid. For eksempel er nedbrydningen af calciumcarbonat som følger:
CaCO 3 + Q => CaO + CO 2
Det samme gælder magnesium, strontium og bariumcarbonater.
Det er vigtigt at bemærke, at termisk nedbrydning adskiller sig fra forbrænding. I det første er der ingen tilstedeværelse af antændelse, eller der frigøres varme, mens det i det andet er; dvs. forbrænding er en eksoterm reaktion, selv når den kræver, at en indledende varmekilde finder sted eller sker spontant.
Ammoniumklorid i vand
Når en lille mængde ammoniumchlorid (NH4Cl) opløses i vand i et reagensglas, bliver røret koldere end før. Under denne kemiske reaktion optages varme fra miljøet.
Natriumtriosulfat
Når krystaller af natriumthiosulfat (Na 2 S 2 O 3.5H 2 O), almindeligvis kaldet hypo, opløses i vand, en kølende effekt forekommer.
Bilmotorer
Forbrænding af benzin eller diesel i bil-, lastbil-, traktor- eller busmotorer producerer mekanisk energi, der bruges i cirkulationen af disse køretøjer.
Kogende væsker
Ved at bringe en væske til varme, får den energi og går i gasform.
Kog et æg
Når der tilføres varme, denatureres æggeproteinerne og danner den faste struktur, der normalt indtages.
Madlavning
Generelt, når der tilberedes med varme for at ændre madens egenskaber, forekommer endotermiske reaktioner.
Disse reaktioner er det, der får fødevarer til at blive blødere, generere formbare masser, frigive de komponenter, de indeholder, blandt andet.
Opvarmning af mad i mikrobølgeovnen
På grund af mikrobølgestråling absorberer vandmolekyler i fødevarer energi, begynder at vibrere og øge madens temperatur.
Støbning af glas
Glasoptagelsen af varme gør dets samlinger fleksible og gør formen lettere at ændre.
Forbrug af et stearinlys
Stearinlys voks smelter ved at absorbere varmen fra flammen og ændre dens form.
Rengøring af varmt vand
Når du bruger varmt vand til at rense genstande, der er plettet med fedt, såsom gryder eller tøj, bliver fedtet tyndere og er lettere at fjerne.
Varmesterilisering af mad og andre genstande
Ved opvarmning af genstande eller mad øger de mikroorganismer, de indeholder, også deres temperatur.
Når der tilføres meget varme, forekommer reaktioner i mikrobielle celler. Mange af disse reaktioner, såsom brud på bindinger eller denaturering af proteiner, ender med at dræbe mikroorganismerne.
Bekæmp infektioner med feber
Når der opstår feber, skyldes det, at kroppen producerer den varme, der er nødvendig for at dræbe bakterier og vira, der forårsager infektioner og forårsager sygdom.
Hvis den dannede varme er høj, og feberen er høj, påvirkes kroppens celler også, og der er risiko for død.
Vandfordampning
Når vand fordamper og omdannes til damp, skyldes det varmen det modtager fra miljøet. Når termisk energi modtages af hvert vandmolekyle, øges dets vibrationsenergi til det punkt, hvor det kan bevæge sig frit, hvilket skaber damp.
Referencer
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8. udgave). CENGAGE Læring.
- Wikipedia. (2018). Endotermisk proces. Gendannet fra: en.wikipedia.org
- Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (27. december 2018). Endotermiske reaktionseksempler. Gendannes fra: thoughtco.com
- Khan Academy. (2019). Endotermisk vs. eksoterme reaktioner. Gendannet fra: khanacademy.org
- Serm Murmson. (2019). Hvad sker der på det molekylære niveau under en endoterm reaktion? Hearst Seattle Media. Gendannes fra: education.seattlepi.com
- QuimiTube. (2013). Beregning af reaktionens entalpi fra dannelseens entalpier. Gendannes fra: quimitube.com
- Quimicas.net (2018). Eksempler på endotermisk reaktion. Gendannet fra:
quimicas.net.