Ендотермични реакционни характеристики, уравнения и примери

а ендотермична реакция е това, което трябва да се осъществи, за да абсорбира енергия, под формата на топлина или радиация, от нейната околност. Като цяло, макар и не винаги, те могат да бъдат разпознати чрез спад на температурата в тяхната среда; или напротив, те се нуждаят от източник на топлина, подобна на тази, получена от горящ пламък.

Абсорбцията на енергия или топлина е това, което всички общи ендотермични реакции имат; Природата на същото, както и включените трансформации, са много разнообразни. Колко топлина трябва да поемат? Отговорът зависи от неговата термодинамика: температурата, при която реакцията възниква спонтанно.

Например, една от най-емблематичните ендотермични реакции е промяната на състоянието от лед към течна вода. Ледът трябва да абсорбира топлината, докато температурата му достигне приблизително 0ºC; при тази температура нейното топене става спонтанно и ледът ще се абсорбира, докато не се разтопи напълно.

В горещите пространства, като например на брега на плажа, температурите са по-високи и следователно ледът поглъща топлината по-бързо; това означава, че се топи с по-висока скорост. Топенето на ледниците е пример за нежелана ендотермична реакция.

Защо се случва така? Защо не може да се представи лед като горещо твърдо вещество? Отговорът се крие в средната кинетична енергия на водните молекули в двете състояния и как те взаимодействат помежду си чрез техните водородни връзки.

В течна вода молекулите й имат по-голяма свобода на движение, отколкото в лед, където вибрират неподвижно в своите кристали. За да се движат, молекулите трябва да абсорбират енергия по такъв начин, че техните вибрации да прекъснат силните насочени водородни мостове в леда.

Поради тази причина ледът абсорбира топлината, за да се стопи. За да има "горещ лед", водородните мостове трябва да бъдат необичайно силни, за да се стопят при температура над 0 ° C.

индекс

• 1 Характеристики на ендотермична реакция
  • 1.1 ΔH> 0
  • 1.2 Охладете обкръжението си
• 2 Уравнения
• 3 Примери за общи ендотермични реакции
  • 3.1 Изпаряване на сух лед
  • 3.2 Изпичане на хляб или приготвяне на храна
  • 3.3 Слънчеви бани
  • 3.4 Реакция на образуването на атмосферен азот и озон
  • 3.5 Електролиза на вода
  • 3.6 Фотосинтеза
  • 3.7 Разтвори на някои соли
  • 3.8 Термично разлагане
  • 3.9 Амониев хлорид във вода
  • 3.10 Натриев трисулфат
  • 3.11 Автомобилни двигатели
  • 3.12 кипящи течности
  • 3.13 Приготвяне на яйце
  • 3.14 Готвене на храна
  • 3.15 Отопление на храна в микровълновата печка
  • 3.16 Формоване на стъкло
  • 3.17 Консумация на свещ
  • 3.18 Почистване с гореща вода
  • 3.19 Стерилизация с топлина на храни и други предмети
  • 3.20 Борба с инфекции с треска
  • 3.21 Изпаряване на вода
• 4 Препратки

Характеристики на ендотермична реакция

Промяната на състоянието не е правилна химическа реакция; Същото се случва обаче: продуктът (течна вода) има повече енергия от реагента (лед). Това е основната характеристика на реакцията или ендотермичния процес: продуктите са по-енергични от реагентите.

Въпреки че това е вярно, това не означава, че продуктите трябва непременно да са нестабилни. В случай, че е така, ендотермичната реакция спира да бъде спонтанна при всички условия на температура или налягане.

Разгледайте следното химическо уравнение:

A + Q => B

Където Q представлява топлина, обикновено изразена с единици джаул (J) или калории (cal). Тъй като А абсорбира топлината Q, за да се трансформира в В, тогава се казва, че тя е ендотермична реакция. По този начин, В има повече енергия от А и трябва да абсорбира достатъчно енергия, за да постигне своята трансформация.

Както може да се види от диаграмата по-горе, А има по-малко енергия от Б. Количеството топлина Q, абсорбирано А е такова, че преодолява енергията на активиране (енергията, необходима за достигане на пурпурен връх с пунктиран покрив). Разликата в енергията между А и В е така наречената енталпия на реакцията, ΔH.

ΔH> 0

Всички ендотермични реакции са общи за предходната схема, тъй като продуктите са по-енергични от реагентите. Ето защо, енергийната разлика между тях, ΔH, е винаги положителна (Н_{продукт}-Н_{реагент} > 0). Когато това е вярно, трябва да има абсорбция на топлина или енергия от околността, за да се осигури тази енергийна нужда.

И как се тълкуват такива изрази? В химична реакция връзките винаги са разбити, за да се създадат други. За да ги прекъсне, е необходимо усвояването на енергия; това е ендотермичен пасаж. Междувременно образуването на връзките предполага стабилност, така че е екзотермична стъпка.

Когато образуваните връзки не осигуряват стабилност, сравнима с количеството енергия, необходимо за разкъсване на старите връзки, това е ендотермична реакция. Ето защо е необходима допълнителна енергия за насърчаване разрушаването на най-стабилните връзки в реактивите.

От друга страна, при екзотермичните реакции се случва обратното: топлината се освобождава, а ΔН < 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.

Те охлаждат обкръжението си

Въпреки че не се прилага за всички ендотермични реакции, някои от тях причиняват намаляване на температурата в околностите му. Това е така, защото абсорбираната топлина идва от някъде. Следователно, ако превръщането на А и В се пренесе в контейнер, то ще се охлади.

Колкото по-ендотермична е реакцията, толкова по-студен ще стане контейнерът и неговата околност. Всъщност някои реакции са способни да образуват тънък леден покрив, сякаш са излезли от хладилник.

Обаче има реакции от този тип, които не охлаждат обкръжението си. Защо? Тъй като топлината на околната среда е недостатъчна; това означава, че не осигурява необходимия Q (J, cal), който е записан в химическите уравнения. Ето защо тук навлизат огън или ултравиолетова радиация.

Между двата сценария може да възникне малко объркване. От една страна, топлината на околната среда е достатъчна за спонтанно протичане на реакцията и наблюдение на охлаждането; и от друга страна е необходима повече топлина и се използва ефективен метод за отопление. И в двата случая се случва същото: енергията се абсорбира.

уравнения

Какви са уравненията в ендотермичната реакция? Както вече беше обяснено, ΔH трябва да бъде положителна. За да го изчислим, първо се счита следното химическо уравнение:

aA + bB => сС + dD

Където А и В са реагентите, а С и D са продуктите. Малките букви (a, b, c и d) са стехиометричните коефициенти. За изчисляване на ΔH на тази обща реакция се прилага следния математически израз:

.DELTA.H_{продукция}- .DELTA.H_{реагенти} = АН_{реакционно}

Можете да продължите директно или да направите изчисленията поотделно. За АН_{продукция} следва да се изчисли следната сума:

c_FC + d_FD

Където АН_F това е енталпията на образуване на всяко вещество, участващо в реакцията. По правило веществата в най-стабилните им форми имат А_F= 0 Например, молекули О₂ и Н₂, или твърд метал, те имат ΔH_F= 0.

Същото изчисление се прави и за реагентите, ΔH_{реагенти}:

до АН_FА + b АН_FB

Но както уравнението казва, че ΔH_{реагенти} трябва да се извади от ΔH_{продукция}, тогава предходната сума трябва да се умножи по -1. Така че имате:

c_FC + d_FD - (до АН_FА + b АН_FБ)

Ако резултатът от това изчисление е положително число, то това е ендотермична реакция. И ако е отрицателен, това е екзотермична реакция.

Примери за общи ендотермични реакции

Изпаряване на сух лед

Който е видял тези бели изпарения, излъчвани от кошница за сладолед, е бил свидетел на един от най-често срещаните примери за ендотермична „реакция“..

Освен няколко сладоледа, тези пари, отделени от твърдо бяло, наречени сух лед, също са били част от сценариите, за да създадат ефекта на мъглата. Този сух лед е нищо повече от твърд въглероден диоксид, който абсорбира температурата и преди външното налягане да започне да сублимира.

Един експеримент за аудитория от деца би бил да запълни и запечата чанта със сух лед. След известно време тя ще се надуе поради CO₂ газообразно, което генерира работа или притиска вътрешните стени на торбата срещу атмосферно налягане.

Печене на хляб или приготвяне на храна

Изпичането на хляба е пример за химическа реакция, тъй като сега има химически промени, дължащи се на топлина. Който мирише на аромата на прясно изпечени хлябове, знае, че се получава ендотермична реакция.

Тестото и всичките му съставки, се нуждаят от топлината на фурната, за да извършат всички трансформации, необходими за да станат хляб и да покажат характерните му характеристики.

В допълнение към хляба, кухнята е пълна с примери за ендотермични реакции. Кой готви се занимава с тях ежедневно. Готвене на тестени изделия, омекотяване на зърна, затопляне на зърно от царевица, печене на яйца, подправяне на месо, печене на торта, приготвяне на чай, сандвичи за отопление; всяка от тези дейности е ендотермична реакция.

Слънчеви бани

Колкото и прости и общи да изглеждат, слънчевите бани, които някои влечуги приемат, като костенурки и крокодили, попадат в категорията на ендотермичните реакции. Костенурките абсорбират топлината от слънцето, за да регулират температурата на техния организъм.

Без слънцето те запазват топлината на водата, за да се стоплят; това, което завършва охлаждане на водата в вашите резервоари или риба резервоари.

Реакция на атмосферния азот и образуването на озон

Въздухът се състои главно от азот и кислород. По време на гръмотевични бури се отделя енергия, която може да разкъса силните връзки, които държат азотните атоми заедно в N-молекулата.₂:

N₂ + О₂ + Q => 2NO

От друга страна, кислородът може да абсорбира ултравиолетовата радиация, за да стане озон; алотропността на кислорода, която е много полезна в стратосферата, но вредна за живота на нивото на земята. Реакцията е:

3О₂ + v => 20₃

Където v означава ултравиолетова радиация. Механизмът зад това просто уравнение е много сложен.

Електролиза на вода

Електролизата използва електрическа енергия за отделяне на молекула от нейните елементи или образуване на молекули. Например, при електролизата на водата се генерират два газа: водород и кислород, всеки в различни електроди:

2H₂О => 2Н₂ + О₂

Също така, натриевият хлорид може да понесе същата реакция:

2NaCl => 2Na + Cl₂

В един електрод ще видите образуването на метален натрий, а в другите - зеленикави мехурчета хлор.

фотосинтеза

Растенията и дърветата трябва да абсорбират слънчевата светлина като източник на енергия, за да синтезират своите биоматериали. За тази цел той използва СО като суровина₂ и вода, която през дълги серии от стъпки се превръща в глюкоза и други захари. Освен това се образува кислород, който се освобождава от листата.

Разтвори на някои соли

Ако натриевият хлорид се разтвори във вода, няма да се забележи забележима промяна във външната температура на съда или контейнера..

Някои соли, като калциев хлорид, СаС1₂, повишават температурата на водата като продукт на голямото хидратиране на Са йони²⁺. И други соли, като нитрат или амониев хлорид, NH₄NO₃ и NH₄Cl, намаляване на температурата на водата и охлаждане на околната среда.

В класните стаи обикновено се правят домашни експерименти с разтваряне на някои от тези соли, за да се покаже какво е ендотермична реакция.

Намаляването на температурата се дължи на хидратацията на NH йони₄⁺ тя не е облагодетелствана срещу разтварянето на кристалните структури на нейните соли. Следователно, солите абсорбират топлината от водата, за да позволят на йони да бъдат солватирани.

Друга химическа реакция, която обикновено е много често срещана, за да докаже това е следното:

Ba (OH)₂· 8H₂O + 2NH₄NO₃ => Ba (NO₃)₂ + 2NH₃ +10Н₂О

Обърнете внимание на количеството образувана вода. Чрез смесване на двете твърди вещества се получава воден разтвор на Ва₃)₂, с мирис на амоняк и с такъв спад на температурата, който буквално замръзва външната повърхност на контейнера.

Термични разграждания

Един от най-често срещаните термични разпадания е натриев бикарбонат, NaHCO₃, за производство на CO₂ и вода при нагряване. Много твърди вещества, включително карбонати, са склонни да се разлагат за освобождаване на CO₂ и съответния оксид. Например разлагането на калциев карбонат е както следва:

CaCO₃ + Q => СаО + СО₂

Същото се случва с магнезиеви, стронциеви и бариеви карбонати.

Важно е да се отбележи, че термичното разлагане е различно от горенето. В първото няма наличие на запалване или топлина се освобождава, а във второто да; горенето е екзотермична реакция, въпреки че се нуждае от първоначален източник на топлина да се осъществи или да възникне спонтанно.

Амониев хлорид във вода

Когато малко количество амониев хлорид (NH4Cl) се разтвори във вода в епруветка, тръбата става по-студена от преди. По време на тази химическа реакция топлината се абсорбира от околната среда.

Натриев трисулфат

Когато кристалите на натриевия тиосулфат (Na₂S₂О₃.5Н₂О), обикновено наричан хипо, се разтваря във вода, настъпва охлаждащ ефект.

Автомобилни двигатели

Изгарянето на бензин или дизел в двигателите на автомобили, камиони, трактори или автобуси произвежда механична енергия, която се използва при движението на тези превозни средства..

Кипящи течности

Чрез поставяне на течност в топлината, тя получава енергия и преминава в газообразно състояние.

Готвене на яйце

Когато се прилага топлина, яйчните протеини се денатурират, образувайки твърдата структура, която обикновено се поглъща.

Готвене на храна

Като цяло, винаги когато готвите с топлина, за да промените свойствата на храната, се появяват ендотермични реакции.

Тези реакции са причината храната да стане по-мека, да генерира податливи маси, да освобождава компонентите, които те съдържат, наред с други неща.

Отопление на храна в микровълновата печка

Чрез микровълново лъчение молекулите на водата в храната поглъщат енергия, започват да вибрират и повишават температурата на храната.

Формовано стъкло

Поглъщането на топлината от стъклото прави съединенията им по-гъвкави, което ги прави по-лесни за промяна.

Консумация на свещ

Восъкът на свещта се топи, тъй като абсорбира топлината на пламъка, променяйки формата си.

Почистване с гореща вода

Когато използвате гореща вода за почистване на предмети, които са оцветени с грес, като например саксии или дрехи, гресът става по-течен и по-лесно се премахва.

Топлинна стерилизация на храни и други предмети

При нагряване на предмети или храна микроорганизмите, които те съдържат, също повишават температурата си.

При доставяне на много топлина се появяват реакции вътре в микробните клетки. Много от тези реакции, като разрушаващи връзки или денатурация на протеини, в крайна сметка убиват микроорганизми.

Борба с инфекции с треска

Когато треска се проявява, тялото произвежда необходимата топлина, за да убива бактериите и вирусите, които причиняват инфекции и генерират заболявания..

Ако генерираната топлина е висока и високата температура е висока, клетките на тялото също са засегнати и съществува риск от смърт.

Изпаряване на вода

Когато водата се изпарява и се превръща в пара, тя се дължи на топлината, която получава от околната среда. Тъй като топлинната енергия се получава от всяка молекула вода, нейната вибрационна енергия се увеличава до точката, в която може да се движи свободно, създавайки пари.

препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. Wikipedia. (2018). Ендотермичен процес. Изтеглено от: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27 декември 2018 г.). Примери за ендотермична реакция. Изтеглено от: thoughtco.com
4. Хан Академия. (2019). Ендотермична срещу екзотермични реакции Изтеглено от: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Какво се случва на молекулно ниво по време на ендотермична реакция? Hearst Seattle Media. Изтеглено от: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013 г.). Изчисляване на енталпията на реакцията от енталпиите на образуване. Изтеглено от: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Примери за ендотермична реакция. Извлечено от:
   quimicas.net.