- Az endoterm reakció jellemzői
- ΔH> 0
- Hűtik a környéket
- egyenletek
- Példák a gyakori endoterm reakciókra
- Szárazjég párologtatás
- Kenyérsütés vagy étel főzés
- Napozás
- A légköri nitrogén és az ózon képződés reakciója
- A víz elektrolízise
- Fotoszintézis
- Néhány só oldatai
- Termikus bomlás
- Ammónium-klorid vízben
- Nátrium-trioszulfát
- Autómotorok
- Forrásban lévő folyadékok
- Főzzen egy tojást
- Étel főzés
- Az ételek melegítése a mikrohullámú sütőben
- Üveg fröccsöntés
- Egy gyertya fogyasztás
- Melegvíz tisztítás
- Ételek és egyéb tárgyak hő-sterilizálása
- Harcolj a lázos fertőzésekkel
- A víz párolgása
- Irodalom
Az endoterm reakció olyan reakció, amelynek a hőnek vagy sugárzásnak az energiáját fel kell vennie a környezetéből. Általában, de nem mindig, felismerhetők a környezeti hőmérséklet csökkenésével; vagy éppen ellenkezőleg, hőforrásra van szükségük, például egy égő láng révén.
Az energia vagy hő abszorpciója az, ami minden endoterm reakciónak közös; természetük, valamint az ehhez kapcsolódó átalakulások nagyon változatosak. Mennyi hőt kell elnyelniük? A válasz termodinamikájától függ: az a hőmérséklet, amelyen a reakció spontán lép fel.
Olvadó jégsztalaktit. Forrás: Pixabay
Például az egyik leginkább emblematikus endoterm reakció az állapotváltozás jégről folyékony vízre. A jégnek el kell abszorbeálnia a hőt, amíg hőmérséklete el nem éri a 0ºC-ot; ezen a hőmérsékleten az olvadás spontánvá válik, és a jég felszívódik, amíg teljesen megolvad.
Forró helyeken, például a tengerparton, a hőmérséklet magasabb, ezért a jég gyorsabban szívja fel a hőt; vagyis gyorsabban megolvad. A gleccserek olvadása a nemkívánatos endoterm reakció egyik példája.
Miért történik így? Miért nem jelenik meg a jég forró szilárd anyagként? A válasz a vízmolekulák átlagos kinetikus energiájában rejlik mindkét állapotban, és abban, hogy kölcsönhatásba lépnek-e egymással hidrogénkötéseik révén.
Folyékony vízben a molekulák nagyobb mozgásszabadságot mutatnak, mint a jég, ahol a kristályokban álló helyzetben rezegnek. A mozgatáshoz a molekuláknak olyan energiát kell elnyelniük, hogy rezgéseik megtörjék a jégben lévő erős irányított hidrogénkötéseket.
Ezért a jég felszívja a hőt, hogy olvadjon. A "forró jég" fennállásához a hidrogénkötéseknek rendkívül erősnek kell lenniük, hogy jóval 0 ° C feletti hőmérsékleten olvadjanak.
Az endoterm reakció jellemzői
Az állapotváltozás nem megfelelő kémiai reakció; Ugyanakkor ugyanaz történik: a termék (folyékony víz) nagyobb energiával rendelkezik, mint a reagens (jég). Ez az endoterm reakció vagy folyamat fő jellemzője: a termékek energikusabbak, mint a reagensek.
Bár ez igaz, ez nem jelenti azt, hogy a termékeknek szükségszerűen instabilnak kell lenniük. Abban az esetben, ha az endoterm reakció minden hőmérsékleti vagy nyomásviszonynál megszűnik, spontán.
Vegye figyelembe a következő kémiai egyenletet:
A + Q => B
Ahol Q hőt jelent, általában džaula (J) vagy kalória (cal) egységeiben kifejezve. Amint A elnyeli a Q hőt, hogy B-vé alakuljon, akkor azt mondják, hogy ez egy endoterm reakció. Így B-nek több energiája van, mint A-nak, és ahhoz elegendõ energiát kell elnyelnie ahhoz, hogy átalakuljon.
Endoterm reakciódiagram A és B-re. Forrás: Gabriel Bolívar
Amint az a fenti ábrán látható, A kevesebb energiával rendelkezik, mint B. Az A által elnyelt Q hőmennyiség olyan, hogy legyőzi az aktivációs energiát (a lila pontozott tetej eléréséhez szükséges energia). Az A és B közötti energiakülönbség a reakció entalpiája, ΔH.
ΔH> 0
Az összes endoterm reakció a fenti ábra közös, mivel a termékek energikusabbak, mint a reagensek. Ezért az energiakülönbség, ΔH, mindig pozitív (H termék -H reaktív > 0). Mint ez igaz, a hőnek vagy az energianek abszorbeálnia kell a környezetet az energiaigény kielégítése érdekében.
És hogyan értelmezik az ilyen kifejezéseket? Egy kémiai reakció során a kötések mindig megszakadnak, hogy újakat hozzanak létre. Ezek megtöréséhez az energia abszorpciójára van szükség; vagyis ez egy endoterm lépés. Időközben a kötések kialakulása stabilitást jelent, tehát exoterm lépés.
Ha a képződött kötések nem biztosítanak olyan stabilitást, mint a régi kötések megbontásához szükséges energiamennyiség, akkor ez endoterm reakció. Ezért van szükség további energiára a reagensekben a legstabilabb kötések megszakításának elősegítésére.
Másrészt, exoterm reakciókban az ellenkezője fordul elő: hő szabadul fel, és ΔH <1 (negatív). Itt a termékek stabilabbak, mint a reagensek, és az A és B közötti ábra megváltoztatja az alakját; B most A alatt van, és az aktivációs energia alacsonyabb.
Hűtik a környéket
Noha ez nem vonatkozik minden endoterm reakcióra, ezek közül néhány a környezeti hőmérséklet csökkenését okozza. Ennek oka az, hogy az elnyelt hő valahol származik. Következésképpen, ha A és B átalakítása tartályban zajlik le, az lehűl.
Minél endotermikusabb a reakció, annál hidegebb lesz a tartály és környéke. Valójában egyes reakciók képesek még egy vékony jégréteget képezni, mintha hűtőszekrényből jöttek volna ki.
Vannak azonban ilyen típusú reakciók, amelyek nem hűtik meg a környezetüket. Miért? Mivel a környező hő nem elegendő; vagyis nem adja meg a szükséges Q (J, cal) értéket, amelyet kémiai egyenletekbe írunk. Ezért éppen akkor lép be tűz vagy UV sugárzás.
Kicsit zavaros lehet a két forgatókönyv között. Egyrészt a környezetből származó hő elegendő ahhoz, hogy a reakció spontán módon folyjon, és megfigyelhető a hűtés; másrészt több hőre van szükség, és hatékony fűtési módszert kell alkalmazni. Mindkét esetben ugyanaz történik: az energia felszívódik.
egyenletek
Melyek a releváns egyenletek az endoterm reakcióban? Mint már kifejtettük, az ΔH-nek pozitívnak kell lennie. Számításához először a következő kémiai egyenletet veszik figyelembe:
aA + bB => cC + dD
Ahol A és B jelentése reagensek, és C és D a termékek. A kisbetűk (a, b, c és d) a sztöchiometrikus együtthatók. Az általános reakció ΔH kiszámításához a következő matematikai kifejezést kell alkalmazni:
ΔH termékek - ΔH reagensek = ΔH rxn
Közvetlenül folytathatja, vagy elvégezheti a számításokat külön. ΔH termékek esetében a következő összeget kell kiszámítani:
c ΔH f C + d ΔH f D
Ahol ΔH f a reakcióban részt vevő egyes anyagok képződésének entalpiaja. Megállapodás szerint az anyagok legstabilabb formájukban ΔH f = 0. Például, a molekulák O 2 és H 2, vagy egy szilárd fém, van AH f = 0.
Ugyanezt a számítást végezzük a reagensek esetében, ΔH reagensek:
egy AH f A + B AH f B
Mivel azonban az egyenlet szerint az ΔH reagenseket le kell vonni a ΔH termékektől, akkor a fenti összeget meg kell szorozni -1-sel. Szóval neked van:
c AH f c + d AH f D - (a AH f A + B AH f B)
Ha ennek a számításnak az eredménye pozitív szám, akkor ez endoterm reakció. És ha ez negatív, akkor exoterm reakció.
Példák a gyakori endoterm reakciókra
Szárazjég párologtatás
Szárazjég. Forrás: Nevit, a Wikimedia Commonsból
Bárki, aki látta ezeket a fehér füstöket, amelyek egy fagylaltkocsiból származnak, szemtanúja volt az endoterm "reakció" egyik leggyakoribb példájának.
Néhány fagylalton kívül ezek a fehér szilárd anyagból felszabaduló gőzök, úgynevezett szárazjég, szintén a forgatókönyvek részét képezték, hogy létrehozzák a párahatást. Ez a szárazjég nem más, mint a szilárd szén-dioxid, amely a hőmérséklet és a külső nyomás elnyelésekor szublimálódni kezd.
A gyermekközönség számára végzett kísérlet egy táska szárazjéggel való feltöltése és lepecsételése. Egy idő múlva végül felfújódik a gáz-halmazállapotú CO 2 miatt, amely munkát generál, vagy a zsák belső falát megnyomja a légköri nyomásnak.
Kenyérsütés vagy étel főzés
Sült kenyér. Forrás: Pixabay
A kenyérsütés a kémiai reakció egyik példája, mivel ma a hő hatására kémiai változások történnek. Bárki, aki illatát érezte a frissen sült kenyér aromájának, tudja, hogy endoterm reakció zajlik.
A tésztának és minden hozzávalójának a sütő melegéhez szükséges az összes átalakítás elvégzéséhez, amelyek nélkülözhetetlenek ahhoz, hogy kenyérré váljanak, és jellemző tulajdonságai megmutathassák.
A kenyér mellett a konyha tele van endoterm reakciók példáival. Aki főz, naponta foglalkozik velük. Tészta főzése, a magok lágyítása, a kukoricamag felmelegítése, a tojás főzése, a húsok ízesítése, sütemény sütése, tea készítése, szendvicsek felmelegítése; ezen tevékenységek mindegyike endoterm reakció.
Napozás
Teknősök kapnak egy napozófürdőt. Forrás: Pixabay
Bármennyire egyszerűnek és általánosnak is tűnnek, bizonyos hüllők, például teknősök és krokodilok által alkalmazott napozófürdők az endoterm reakciók kategóriájába tartoznak. A teknősök elnyelik a nap hőjét a testhőmérséklet szabályozására.
A nap nélkül megtartják a víz melegét, hogy melegen maradjanak; ami azzal a hűtéssel zárul le, amely a tavakban vagy akváriumokban a vizet hűti.
A légköri nitrogén és az ózon képződés reakciója
Villám. Forrás: Pixabay
A levegő főleg nitrogénből és oxigénből áll. Elektromos viharok során olyan energia szabadul fel, hogy képes megbontani az erős kötéseket, amelyek együtt tartják a nitrogénatomokat az N 2 molekulában:
N 2 + O 2 + Q => 2NO
Másrészt az oxigén képes elnyelni az ultraibolya sugárzást, hogy ózonré váljon; az oxigén allotrópja, amely nagyon előnyös a sztratoszférában, de káros a talaj szintjén zajló életre. A reakció:
3O 2 + v => 2 O 3
Ahol v ultraibolya sugárzást jelent. Az egyszerű egyenlet mögött levő mechanizmus nagyon összetett.
A víz elektrolízise
Az elektrolízis elektromos energiát használ fel a molekula elkülönítésére alkotóelemeikké vagy molekulákká. Például a víz elektrolízisében két gáz képződik: hidrogén és oxigén, mindegyik különböző elektróda:
2H 2 O => 2 H 2 + O 2
A nátrium-klorid szintén ugyanezen a reakción mehet keresztül:
2NaCl => 2Na + Cl 2
Az egyik elektródon fémes nátrium képződése látható, a másikban zöldes klórbuborékok jelennek meg.
Fotoszintézis
A növényeknek és a fáknak energiát kell biztosítaniuk a napfényt, hogy biológiai anyagaikat szintetizálják. Ehhez használja a CO 2 és víz, mint nyersanyag, amely egy hosszú lépések sorozata, glükózzá alakul, és más cukrokat. Ezen felül oxigén képződik, amely felszabadul a levelekből.
Néhány só oldatai
Ha a nátrium-kloridot vízben oldják, az üveg vagy a tartály külső hőmérsékletében nem észlelhető észrevehető változás.
Egyes sók, mint például a kalcium-klorid, kalcium-klorid 2, növeli a víz hőmérséklete eredményeként a nagy hidratációs a Ca 2+ ionok. Más sók, például ammónium-nitrát vagy -klorid, NH 4 NO 3 és NH 4 Cl, enyhítik a víz hőmérsékletét, és lehűtik a környezetét.
Az osztálytermekben gyakran végeznek otthoni kísérleteket e sók feloldásával, hogy bemutassák, mi az endoterm reakció.
A hőmérséklet-csökkenés annak köszönhető, hogy az a tény, hogy a hidratációs az NH 4 + ionokat nem kedvelt ellen oldódását kristályos elrendezésére sóik. Következésképpen a sók elnyelik a víz hőjét az ionok szolvatációjának lehetővé tétele érdekében.
Egy másik kémiai reakció, amely általában nagyon gyakori ennek bizonyítására, a következő:
Ba (OH) 2 8H 2 O + 2NH 4 NO 3 => Ba (NO 3) 2 + 2NH 3 + 10H 2 O
Vegye figyelembe a képződött víz mennyiségét. Ha mindkét szilárd anyagot összekeverik, ammónia illatával és olyan hőmérséklet-csökkenéssel olyan Ba (NO 3) 2 vizes oldatot kapunk, amely szó szerint a tartály külső felületét fagyasztja le.
Termikus bomlás
Az egyik leggyakoribb termikus lebomlását, hogy a nátrium-bikarbonát, NaHCO 3, hogy a CO 2 és víz hevítve. Számos szilárd anyag, beleértve a karbonátokat is, gyakran lebomlik, hogy felszabadítsák a CO 2 -ot és a megfelelő oxidot. Például a kalcium-karbonát bomlása a következő:
CaCO 3 + Q => CaO + CO 2
Ugyanez vonatkozik a magnézium, a stroncium és a bárium-karbonátokra.
Fontos megjegyezni, hogy a hőbomlás eltér az égéstől. Az elsőben nincs gyulladás vagy hő szabadul fel, míg a másodikban nincs; vagyis az égés exoterm reakció, még akkor is, ha egy kezdeti hőforrásra van szükség, vagy spontán módon történik.
Ammónium-klorid vízben
Ha kis mennyiségű ammónium-kloridot (NH4Cl) oldunk vízben egy kémcsőben, a cső hidegebb lesz, mint korábban. Ezen kémiai reakció során a hő elnyelődik a környezetből.
Nátrium-trioszulfát
Amikor kristályos nátrium-tioszulfát (Na 2 S 2 O 3 5H 2 O), általában az úgynevezett hypo, oldódnak a vízben, a hűtő hatás lép fel.
Autómotorok
Benzin vagy gázolaj égetése gépjármű-, teherautó-, traktor- vagy buszmotorokban mechanikus energiát termel, amelyet e járművek forgalomában használnak fel.
Forrásban lévő folyadékok
Ha folyadékot melegít, energiát nyer és gáznemű állapotba kerül.
Főzzen egy tojást
Hő alkalmazásakor a tojásfehérjék denaturálódnak, és így szilárd szerkezetet képeznek, amelyet általában lenyelnek.
Étel főzés
Általában endoterm reakciók lépnek fel, amikor hővel főzik az élelmiszer tulajdonságainak megváltoztatására.
Ezek a reakciók okozzák az ételek lágyulását, alakítható formájú masszákat generálnak, többek között felszabadítják az általuk tartalmazott komponenseket.
Az ételek melegítése a mikrohullámú sütőben
A mikrohullámú sugárzásnak köszönhetően az élelmiszerekben lévő vízmolekulák elnyelik az energiát, rezegni kezdenek és növelik az élelmiszer hőmérsékletét.
Üveg fröccsöntés
Az üveg hőszívása rugalmassá teszi az illesztéseket, megkönnyítve alakját.
Egy gyertya fogyasztás
A gyertyaviasz olvad, ha elnyeli a láng hőjét, megváltoztatva annak alakját.
Melegvíz tisztítás
Ha forró vizet használ zsírral festett tárgyak, például edények vagy ruhák tisztításához, a zsír vékonyabbá válik és könnyebben eltávolítható.
Ételek és egyéb tárgyak hő-sterilizálása
Tárgyak vagy ételek melegítésekor az abban található mikroorganizmusok szintén növelik a hőmérsékletet.
Ha sok hőt szolgáltatnak, akkor reakciók lépnek fel a mikrobiális sejtekben. Ezen reakciók sokasága, például a kötések megszakadása vagy a fehérjék denaturálása, a mikroorganizmusok elpusztulását eredményezik.
Harcolj a lázos fertőzésekkel
Amikor láz jelentkezik, az az oka, hogy a test hőt termel a baktériumok és vírusok elpusztításához, amelyek fertőzéseket és betegségeket okoznak.
Ha magas a hő és a láz, akkor a test sejtjei is érintettek, és fennáll a halál veszélye.
A víz párolgása
Amikor a víz elpárolog és gőzzé alakul, annak oka a környezetből származó hő. Mivel minden vízmolekula hőenergiát vesz fel, rezgési energiája arra a pontra növekszik, ahol szabadon mozoghat, gőzt képezve.
Irodalom
- Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
- Wikipedia. (2018). Endoterm folyamat. Helyreállítva: en.wikipedia.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. december 27.). Endoterm reakciók példák. Helyreállítva: gondolat.com
- Khan Akadémia. (2019). Endotermikus vs. exoterm reakciók. Helyreállítva: khanacademy.org
- Serm Murmson. (2019). Mi történik a molekuláris szinten egy endoterm reakció során? Hearst Seattle Media. Helyreállítva: Education.seattlepi.com
- QuimiTube. (2013). A reakció entalpia kiszámítása a kialakulás entalpiáiból. Helyreállítva: quimitube.com
- Quimicas.net (2018). Példák endoterm reakcióra.
Helyreállítva: quimicas.net.