Endotermiskās reakcijas īpašības, vienādojumi un piemēri

Viens endotermiska reakcija tas ir tas, kas jāveic, lai absorbētu enerģiju siltuma vai starojuma veidā no tās apkārtnes. Parasti, lai gan ne vienmēr, tos var atpazīt temperatūras kritums savā vidē; gluži pretēji, viņiem ir nepieciešams siltuma avots, piemēram, tas, kas iegūts ar degošu liesmu.

Enerģijas vai siltuma absorbcija ir tāda, kāda ir visām endotermiskajām reakcijām; Tās pašas īpašības, kā arī iesaistītās pārmaiņas ir ļoti dažādas. Cik daudz siltuma vajadzētu absorbēt? Atbilde ir atkarīga no tā termodinamikas: temperatūra, kurā reakcija notiek spontāni.

Piemēram, viena no simboliskākajām endotermiskajām reakcijām ir stāvokļa maiņa no ledus uz šķidro ūdeni. Ledus uzsūc siltumu, līdz temperatūra sasniedz aptuveni 0 ° C; šajā temperatūrā tā kausēšana kļūst spontāna, un ledus uzsūc, līdz tā būs pilnībā izkususi.

Karstās telpās, piemēram, pludmales krastos, temperatūra ir augstāka un tāpēc ledus absorbē siltumu ātrāk; tas ir, tas kūst augstākā ātrumā. Ledāju kausēšana ir nevēlamas endotermiskas reakcijas piemērs.

Kāpēc tas notiek šādā veidā? Kāpēc ledus nevar pasniegt kā karstu cietu? Atbilde ir ūdens molekulu vidējā kinētiskā enerģija abās valstīs un kā tās savstarpēji mijiedarbojas ar ūdeņraža saitēm.

Šķidrā ūdenī tās molekulām ir lielāka pārvietošanās brīvība nekā ledus, kur tās kristāli stāv vibrē. Lai pārvietotos, molekulām ir jāiegūst enerģija tādā veidā, lai to vibrācijas pārrautu spēcīgos ūdeņraža tiltus ledā.

Šī iemesla dēļ ledus uzsūc siltumu, lai izkausētu. Lai būtu "karsts ledus", ūdeņraža tiltiem jābūt ārkārtīgi spēcīgiem, lai izkausētu temperatūru, kas ir krietni virs 0 ° C..

Indekss

• 1 Endotermiskās reakcijas raksturojums
  • 1,1 ΔH> 0
  • 1.2 Atdzesējiet apkārtni
• 2 vienādojumi
• 3 Biežu endotermisku reakciju piemēri
  • 3.1 Sausā ledus iztvaikošana
  • 3.2 Maizes cepšana vai ēdiena gatavošana
  • 3.3 sauļošanās
  • 3.4 Atmosfēras slāpekļa un ozona veidošanās reakcija
  • 3.5 Ūdens elektrolīze
  • 3.6 Fotosintēze
  • 3.7 Dažu sāļu šķīdumi
  • 3.8. Termiskā sadalīšanās
  • 3.9 Amonija hlorīds ūdenī
  • 3.10 Nātrija triosulfāts
  • 3.11 Auto dzinēji
  • 3.12. Viršanas šķidrumi
  • 3.13 Olu gatavošana
  • 3.14 Ēdienu gatavošana
  • 3.15 Pārtikas uzsildīšana mikroviļņu krāsnī
  • 3.16 Stikla formēšana
  • 3.17 Sveces patēriņš
  • 3.18 Tīrīšana ar karstu ūdeni
  • 3.19 Pārtikas un citu priekšmetu siltumsterilizācija
  • 3.20. Infekciju apkarošana ar drudzi
  • 3.21 Ūdens iztvaikošana
• 4 Atsauces

Endotermiskās reakcijas raksturojums

Valsts maiņa nav pareizi ķīmiska reakcija; tomēr tas pats notiek: produktam (šķidram ūdenim) ir vairāk enerģijas nekā reaģents (ledus). Tā ir reakcijas vai endotermiskā procesa galvenā iezīme: produkti ir enerģiskāki nekā reaģenti.

Lai gan tas ir taisnība, tas nenozīmē, ka produktiem noteikti jābūt nestabiliem. Gadījumā, ja tā ir, endotermiskā reakcija pārtrauc spontānu reakciju visos temperatūras vai spiediena apstākļos.

Apsveriet šādu ķīmisko vienādojumu:

A + Q => B

Ja Q ir siltums, parasti izteikts ar džoulu (J) vai kaloriju (cal) vienībām. Tā kā A absorbē siltumu Q, lai pārveidotos par B, tad tiek teikts, ka tā ir endotermiska reakcija. Tādējādi B ir vairāk enerģijas nekā A, un tai ir jāiegūst pietiekami daudz enerģijas, lai sasniegtu transformāciju.

Kā redzams iepriekš redzamajā diagrammā, A ir mazāk enerģijas nekā B. Siltuma Q daudzums, kas absorbē A, ir tāds, ka tas pārvar aktivizācijas enerģiju (enerģiju, kas nepieciešama, lai sasniegtu purpura virsmu ar punktētu jumtu). Enerģijas starpība starp A un B ir tā, ko sauc par reakcijas entalpiju, AH.

ΔH> 0

Visām endotermiskajām reakcijām ir kopīga iepriekšējā diagramma, jo produkti ir enerģiskāki nekā reaģenti. Tāpēc enerģijas starpība starp ΔH vienmēr ir pozitīva (H_Produkts-H_Reaģents > 0). Ja tā ir taisnība, ir jābūt siltuma vai enerģijas absorbcijai no apkārtnes, lai nodrošinātu šo enerģisko vajadzību.

Kā tiek interpretētas šādas izteiksmes? Ķīmiskās reakcijas saites vienmēr tiek sadalītas, lai izveidotu citus. Lai tos izjauktu, ir nepieciešama enerģijas absorbcija; tas ir, tā ir endotermiska eja. Tikmēr saikņu veidošanās nozīmē stabilitāti, tāpēc tas ir eksotermisks solis.

Ja izveidotās saites nesniedz stabilitāti, kas ir salīdzināma ar enerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai izjauktu vecās saites, tas ir endotermiska reakcija. Tāpēc ir nepieciešams papildu enerģijas daudzums, lai veicinātu stabilāko savienojumu sadalīšanos reaģentos.

No otras puses, eksotermiskajās reakcijās notiek pretējs: siltums tiek atbrīvots, un ΔH ir < 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.

Viņi atdzesē apkārtni

Lai gan tas neattiecas uz visām endotermiskajām reakcijām, vairākas no tām izraisa apkārtējās vides temperatūras samazināšanos. Tas ir tāpēc, ka absorbētais siltums nāk no kaut kur. Līdz ar to, ja A un B konvertēšana tiktu veikta konteinerā, tā atdzisīs.

Jo vairāk endotermiska reakcija, tad kļūs aukstāks konteiners un tā apkārtne. Patiesībā dažas reakcijas pat spēj veidot plānu ledus segumu, it kā tās būtu izvestas no ledusskapja.

Tomēr pastāv šādas reakcijas, kas neaizvēlas apkārtni. Kāpēc? Tā kā apkārtnes siltums ir nepietiekams; tas nozīmē, ka tas nenodrošina nepieciešamo Q (J, cal), kas ir rakstīts ķīmiskajos vienādojumos. Tāpēc šeit nonāk ugunsgrēks vai ultravioletais starojums.

Abi scenāriji var radīt nelielu neskaidrību. No vienas puses, apkārtējās vides siltums ir pietiekams, lai reakcija spontāni turpinātos, un vērojama dzesēšana; un, no otras puses, nepieciešams vairāk siltuma un tiek izmantota efektīva apkures metode. Abos gadījumos tas pats notiek: enerģija tiek absorbēta.

Vienādojumi

Kādi ir attiecīgie vienādojumi endotermiskajā reakcijā? Kā jau paskaidrots, ΔH jābūt pozitīvam. Lai to aprēķinātu, vispirms tiek uzskatīts šāds ķīmiskais vienādojums:

aA + bB => cC + dD

Kur A un B ir reaģentu vielas, un C un D ir produkti. Mazie burti (a, b, c un d) ir stehiometriskie koeficienti. Lai aprēķinātu šīs vispārējās reakcijas ΔH, tiek izmantota šāda matemātiskā izteiksme:

ΔH_Produkti- ΔH_Reaģenti = ΔH_rxn

Jūs varat rīkoties tieši vai veikt aprēķinus atsevišķi. Par ΔH_Produkti aprēķina šādu summu:

c ΔH_fC + d ΔH_fD

Kur ΔH_f tā ir katra reakcijā iesaistītās vielas veidošanās entalpija. Pēc vienošanās, vielām, kas ir visstabilākās, ir ΔH_f= 0 Piemēram, O molekulas₂ un H₂, vai cietais metāls, tiem ir ΔH_f= 0.

Tas pats aprēķins tiek veikts arī attiecībā uz reaģentiem ΔH_Reaģenti:

līdz ΔH_fA + b ΔH_fB

Bet kā vienādojumā teikts, ka ΔH_Reaģenti ir jāatņem no ΔH_Produkti, tad iepriekšējā summa jāreizina ar -1. Tātad jums ir:

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

Ja šī aprēķina rezultāts ir pozitīvs skaitlis, tad tā ir endotermiska reakcija. Un, ja tas ir negatīvs, tā ir eksotermiska reakcija.

Parasto endotermisko reakciju piemēri

Sausā ledus iztvaicēšana

Ikviens, kas redzējis tos baltos tvaikus, kas radušies saldējuma grozā, ir pieredzējis vienu no visizplatītākajiem endotermiskās "reakcijas" piemēriem..

Pēc dažiem saldējumiem šie tvaiki, kas atdalīti no cietas baltas, saukti par sauso ledu, ir bijuši arī daļa no scenārijiem, lai radītu miglaina iedarbību. Šis sausais ledus ir nekas cits kā ciets oglekļa dioksīds, kas absorbē temperatūru un pirms ārējā spiediena sāk sublimēties.

Bērnu auditorijas izmēģinājums būtu aizpildīt un aizzīmogot maisu ar sausu ledu. Pēc kāda laika tas beidzas ar CO palielināšanos₂ gāzveida, kas rada darbu vai saspiež maisa iekšējās sienas pret atmosfēras spiedienu.

Cepšanas maizes vai ēdiena gatavošana

Maizes cepšana ir ķīmiskās reakcijas piemērs, jo tagad ir radušās ķīmiskas izmaiņas siltuma dēļ. Ikviens, kas smaržo svaigi ceptu maizes aromātu, zina, ka notiek endotermiska reakcija.

Mīklai un visām tās sastāvdaļām ir nepieciešams cepeškrāsns siltums, lai veiktu visas transformācijas, kas ir nepieciešamas, lai kļūtu par maizi un parādītu tās raksturīgās īpašības..

Papildus maizēm virtuve ir pilna ar endotermisku reakciju piemēriem. Kas gatavo tos katru dienu. Makaronu pagatavošana, graudu mīkstināšana, kukurūzas graudi, cepamās olas, garšvielu gaļa, kūka cepšana, tējas pagatavošana, sviestmaižu sildīšana; katra no šīm darbībām ir endotermiskas reakcijas.

Sauļošanās

Tikpat vienkāršas un kopīgas, kādas var likties, sauļošanās līdzekļi, ko veic daži reptiļi, piemēram, bruņurupuči un krokodili, ietilpst endotermisko reakciju kategorijā. Bruņurupuči absorbē siltumu no saules, lai regulētu organisma temperatūru.

Bez saules tie saglabā ūdens siltumu, lai saglabātu siltumu; kas beidzas ar ūdens dzesēšanu jūsu tvertnēs vai zivju tvertnēs.

Atmosfēras slāpekļa un ozona veidošanās reakcija

Gaisa galvenokārt sastāv no slāpekļa un skābekļa. Pērkona negaiss laikā tiek atbrīvota enerģija, kas var izjaukt spēcīgās saites, kas kopā satur N-molekulā slāpekļa atomus.₂:

N₂ + O₂ + Q => 2NO

No otras puses, skābeklis var absorbēt ultravioleto starojumu, lai kļūtu par ozonu; skābekļa alotrops, kas ir ļoti noderīgs stratosfērā, bet kaitē dzīvībai zemes līmenī. Reakcija ir:

3O₂ + v => 2O₃

Kur v ir ultravioletais starojums. Šā vienkāršā vienādojuma mehānisms ir ļoti sarežģīts.

Ūdens elektrolīze

Elektrolīze izmanto elektroenerģiju, lai atdalītu molekulu tās elementos vai veidotu molekulas. Piemēram, ūdens elektrolīzē rodas divas gāzes: ūdeņradis un skābeklis, katrs no dažādiem elektrodiem:

2H₂O => 2H₂ + O₂

Arī nātrija hlorīds var ciest šo pašu reakciju:

2NaCl => 2Na + Cl₂

Vienā elektrodā redzēsiet metāliskā nātrija veidošanos, bet citos - zaļganos hlora burbuļus.

Fotosintēze

Augiem un kokiem ir nepieciešams absorbēt saules gaismu kā enerģijas piegādi, lai sintezētu to biomateriālus. Šajā nolūkā tā kā izejvielu izmanto CO₂ un ūdeni, kas ar ilgu soļu sēriju pārvērš glikozē un citos cukuros. Turklāt veidojas skābeklis, kas tiek atbrīvots no lapām.

Dažu sāļu šķīdumi

Ja nātrija hlorīds tiek izšķīdināts ūdenī, pamanāmas izmaiņas kuģa vai konteinera ārējā temperatūrā..

Daži sāļi, piemēram, kalcija hlorīds, CaCl₂, paaugstina ūdens temperatūru kā lielo Ca jonu hidratāciju²⁺. Un citi sāļi, piemēram, nitrāts vai amonija hlorīds, NH₄NĒ₃ un NH₄Cl, samaziniet ūdens temperatūru un atdzesējiet tās apkārtni.

Klasēs parasti tiek veikti pašmāju eksperimenti, izšķīdinot dažus no šiem sāļiem, lai parādītu, kas ir endotermiska reakcija.

Temperatūras samazinājums ir saistīts ar NH jonu hidratāciju₄⁺ tas nav labvēlīgs pret tā sāļu kristālisko izkliedēšanu. Līdz ar to sāļi absorbē siltumu no ūdens, lai jonus varētu solvēt.

Vēl viena ķīmiskā reakcija, kas parasti ir ļoti izplatīta, lai to pierādītu, ir šāda:

Ba (OH)₂· 8H₂O + 2NH₄NĒ₃ => Ba (NO₃)₂ + 2NH₃ +10H₂O

Ievērojiet izveidotā ūdens daudzumu. Sajaucot abas cietās vielas, iegūst ūdens šķīdumu (NO₃)₂, ar amonjaka smaržu un tādu temperatūras kritumu, kas burtiski sasaldē konteinera ārējo virsmu.

Termiskā sadalīšanās

Viens no visbiežāk sastopamajiem termiskajiem sadalījumiem ir nātrija bikarbonāts, NaHCO₃, ražot CO₂ un ūdens, kad tas ir apsildīts. Daudzas cietas vielas, ieskaitot karbonātus, mēdz sadalīties, lai atbrīvotu CO₂ un atbilstošo oksīdu. Piemēram, kalcija karbonāta sadalīšanās ir šāda:

CaCO₃ + Q => CaO + CO₂

Tas pats notiek ar magnija, stroncija un bārija karbonātiem.

Ir svarīgi atzīmēt, ka termiskā sadalīšanās atšķiras no sadegšanas. Pirmajā nav aizdegšanās vai siltums tiek atbrīvots, bet otrajā jā; tas ir, sadegšana ir eksotermiska reakcija, lai gan tai ir nepieciešams sākotnējais siltuma avots, kas notiks vai spontāni notiks.

Amonija hlorīds ūdenī

Ja mēģenē ūdenī izšķīdina nelielu daudzumu amonija hlorīda (NH4Cl), caurule kļūst aukstāka nekā iepriekš. Šīs ķīmiskās reakcijas laikā siltums uzsūcas no vides.

Nātrija triosulfāts

Kad nātrija tiosulfāta kristāli (Na₂S₂O₃.5H₂O), ko parasti sauc par hipo, izšķīst ūdenī, rodas dzesēšanas efekts.

Auto dzinēji

Benzīna vai dīzeļdegvielas sadedzināšana automobiļu, kravas automobiļu, traktoru vai autobusu dzinējos ražo mehānisko enerģiju, ko izmanto šo transportlīdzekļu apritē..

Vārīšanas šķidrumi

Liekot šķidrumu siltumā, tas iegūst enerģiju un nonāk gāzveida stāvoklī.

Olu gatavošana

Lietojot siltumu, olu olbaltumvielas tiek denaturētas, veidojot cieto struktūru, kas parasti tiek uzņemta.

Ēdienu gatavošana

Kopumā, ēdiena gatavošanas laikā, gatavojot ēdiena īpašību maiņu, notiek endotermiskas reakcijas.

Šīs reakcijas rada to, ka pārtika kļūst mīkstāka, radīs kaļamas masas, atbrīvo tās sastāvā esošās sastāvdaļas.

Ēdienu uzsildīšana mikroviļņu krāsnī

Izmantojot mikroviļņu starojumu, ūdens molekulas pārtikā absorbē enerģiju, sāk vibrēt un paaugstina pārtikas temperatūru.

Stikla loksnes

Siltuma absorbcija no stikla padara to savienojumus elastīgākus, padarot to formu vieglāku.

Sveces patēriņš

Sveces vasks kūst, jo tas absorbē liesmas siltumu, mainot tās formu.

Tīrīšana ar karstu ūdeni

Lietojot karstu ūdeni, lai notīrītu ar taukiem nokrāsotus priekšmetus, piemēram, podi vai drēbes, tauki kļūst šķidrāki un ir vieglāk noņemami.

Pārtikas un citu priekšmetu siltuma sterilizācija

Sildot priekšmetus vai pārtiku, to saturošie mikroorganismi arī palielina to temperatūru.

Ja tiek piegādāts daudz siltuma, rodas reakcijas mikrobu šūnu iekšpusē. Daudzas no šīm reakcijām, piemēram, sajaukšanas saites vai proteīnu denaturācija, nonāk mikroorganismu nonāvēšanā.

Cīņa pret infekcijām ar drudzi

Kad drudzis izpaužas, tas ir tāpēc, ka organisms ražo nepieciešamo siltumu, lai nogalinātu baktērijas un vīrusus, kas izraisa infekcijas un rada slimības..

Ja radītais siltums ir augsts un drudzis ir augsts, tiek ietekmētas arī ķermeņa šūnas un pastāv nāves risks.

Ūdens iztvaikošana

Kad ūdens iztvaiko un pārveidojas par tvaiku, tas ir saistīts ar siltumu, ko tas saņem no vides. Tā kā katras ūdens molekulas saņem siltumenerģiju, tā vibrācijas enerģija palielinās līdz vietai, kur tā var brīvi pārvietoties, radot tvaikus..

Atsauces

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Ķīmija (8. izdevums). CENGAGE Learning.
2. Vikipēdija. (2018). Endotermiskais process. Saturs iegūts no: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 27. decembris). Endotermiskās reakcijas piemēri. Saturs iegūts no: thinkco.com
4. Khan akadēmija. (2019). Endotermisks pret eksotermiskas reakcijas Saturs iegūts no: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Kas notiek molekulārā līmenī endotermiskās reakcijas laikā? Hearst Seattle Media. Saturs iegūts no: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Reakcijas entalpijas aprēķināšana no veidošanās entalpijām. Saturs iegūts no: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Endotermiskās reakcijas piemēri. Izgūti no:
   quimicas.net.