Charakteristiky endotermických reakcí, rovnice a příklady

Jeden endotermní reakce To je to, co musí probíhat, aby absorbovala energii ve formě tepla nebo záření ze svého okolí. Obecně, i když ne vždy, mohou být rozpoznány poklesem teploty ve svém prostředí; nebo naopak potřebují zdroj tepla, jako je ten, který je získán hořícím plamenem.

Absorpce energie nebo tepla je to, co mají všechny endotermní reakce společné; Povaha stejné, stejně jako transformace, které jsou do ní zapojeny, jsou velmi rozdílné. Kolik tepla by měli absorbovat? Odpověď závisí na termodynamice: teplotě, při které se reakce vyskytuje spontánně.

Jednou z nejvýraznějších endotermických reakcí je například změna stavu z ledové na kapalnou vodu. Led potřebuje absorbovat teplo, dokud jeho teplota nedosáhne přibližně 0 ° C; při této teplotě se tavení stává spontánní a led bude absorbovat, dokud se úplně nerozpustí.

V horkých prostorách, například na březích pláže, jsou teploty vyšší, a proto led rychle absorbuje teplo; to znamená, že se taví při vyšší rychlosti. Tavení ledovců je příkladem nežádoucí endotermní reakce.

Proč se to stalo tímto způsobem? Proč led nemůže být prezentován jako horká pevná látka? Odpověď spočívá v průměrné kinetické energii molekul vody v obou státech a v tom, jak vzájemně ovlivňují své vodíkové vazby.

V kapalné vodě mají její molekuly větší volnost pohybu než v ledu, kde ve svých krystalech vibrují. Aby se mohly pohybovat, musí molekuly absorbovat energii tak, aby jejich vibrace rozbíjely silné směrové vodíkové mosty v ledu.

Z tohoto důvodu absorbuje led teplo. Aby tam byl "horký led", musely by být vodíkové můstky abnormálně silné, aby se roztavily při teplotě nad 0 ° C..

Index

• 1 Charakteristika endotermní reakce
  • 1,1 AH> 0
  • 1.2 Zchladit okolí
• 2 Rovnice
• 3 Příklady běžných endotermních reakcí
  • 3.1 Odpařování suchého ledu
  • 3.2 Pečení chleba nebo vaření potravin
  • 3.3 Slunění
  • 3.4 Reakce tvorby atmosférického dusíku a ozonu
  • 3.5 Elektrolýza vody
  • 3.6 Fotosyntéza
  • 3.7 Roztoky některých solí
  • 3.8 Tepelné rozklady
  • 3.9 Chlorid amonný ve vodě
  • 3.10 Triosíran sodný
  • 3.11 Automobilové motory
  • 3.12 vařící kapaliny
  • 3.13 Vaření vajíčka
  • 3.14 Vaření potravin
  • 3.15 Ohřívání jídla v mikrovlnné troubě
  • 3.16 Lisování skla
  • 3.17 Spotřeba svíčky
  • 3.18 Čištění horkou vodou
  • 3.19 Tepelná sterilizace potravin a jiných předmětů
  • 3.20 Boj proti infekcím horečkou
  • 3.21 Odpařování vody
• 4 Odkazy

Charakteristika endotermní reakce

Změna stavu není řádně chemická reakce; to samé se však děje: výrobek (tekutá voda) má více energie než reaktant (led). To je hlavní charakteristika reakčního nebo endotermického procesu: produkty jsou energetičtější než reaktanty.

I když je to pravda, neznamená to, že výrobky musí být nutně nestabilní. V případě, že to tak je, endotermická reakce přestane být spontánní za všech podmínek teploty nebo tlaku.

Zvažte následující chemickou rovnici:

A + Q => B

Kde Q představuje teplo, obvykle vyjádřené jednotkami joule (J) nebo kalorií (cal). Vzhledem k tomu, že A absorbuje teplo Q, aby se přeměnilo na B, pak se říká, že jde o endotermní reakci. B má tedy více energie než A a musí absorbovat dostatek energie, aby dosáhlo své transformace.

Jak je vidět na grafu výše, A má méně energie než B. Množství tepla Q, které absorbuje A, je takové, že překonává aktivační energii (energii potřebnou k dosažení fialového vrcholu s tečkovanou střechou). Energetický rozdíl mezi A a B je znám jako entalpie reakce, AH.

AH> 0

Všechny endotermní reakce mají společný předchozí diagram, protože produkty jsou energetičtější než reaktanty. Proto je energetický rozdíl mezi nimi, AH, vždy kladný (H_Produkt-H_Činidlo > 0). Je-li to pravda, musí být z okolního prostředí vstřebáno teplo nebo energie, aby byla tato energetická potřeba dodána.

A jak jsou takové výrazy interpretovány? V chemické reakci jsou odkazy vždy rozbité, aby se vytvořily jiné. Pro jejich prolomení je nutná absorpce energie; to je, endothermic průchod. Mezitím tvorba spojů implikuje stabilitu, takže je to exotermní krok.

Když vytvořené vazby neposkytují stabilitu srovnatelnou s množstvím energie potřebné k rozbití starých vazeb, jedná se o endotermní reakci. To je důvod, proč je nutná dodatečná energie, která podporuje rozbití nejstabilnějších vazeb v činidlech.

Na druhou stranu, v exotermických reakcích dochází k opačnému: teplo se uvolňuje a AH je < 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.

Ochlazují své okolí

I když se nevztahuje na všechny endotermní reakce, několik z nich způsobuje pokles teploty v okolí. Je to proto, že absorbované teplo přichází odněkud. Pokud by tedy byla přeměna A a B přenesena do kontejneru, ochladila by se.

Čím je reakce endotermnější, tím chladnější bude nádoba a její okolí. Některé reakce jsou dokonce schopny vytvořit tenký ledový kryt, jako by vycházely z chladničky.

Existují však reakce, které tohoto typu neochladí okolí. Proč? Protože teplo okolí je nedostatečné; to znamená, že neposkytuje potřebné Q (J, cal), které je napsáno v chemických rovnicích. Proto je to právě zde, když přichází oheň nebo ultrafialové záření.

Mezi oběma scénáři může vzniknout malý zmatek. Na jedné straně stačí teplo okolního prostředí, aby reakce probíhala spontánně a bylo pozorováno chlazení; a na druhé straně je zapotřebí více tepla a používá se efektivní způsob ohřevu. V obou případech se děje totéž: energie je absorbována.

Rovnice

Jaké jsou relevantní rovnice v endotermní reakci? Jak již bylo vysvětleno, AH musí být pozitivní. Pro její výpočet se uvažuje nejprve následující chemická rovnice:

aA + bB => cC + dD

Kde A a B jsou reaktanty, a C a D jsou produkty. Malá písmena (a, b, c a d) jsou stechiometrické koeficienty. Pro výpočet ΔH této obecné reakce se použije následující matematický výraz:

AH_Produkty- AH_Činidla = AH_rxn

Můžete postupovat přímo, nebo provádět výpočty samostatně. Pro ΔH_Produkty musí být vypočtena následující částka:

cHH_fC + dHH_fD

Kde AH_f je to entalpie tvorby každé látky zapojené do reakce. Podle konvencí, látky v jejich nejstabilnějších formách mají AH_f= 0 Například O molekuly₂ a H₂, nebo pevný kov, mají AH_f= 0.

Stejný výpočet je nyní proveden pro reaktanty, AH_Činidla:

až AH_fA + b AH_fB

Ale jak rovnice říká, že ΔH_Činidla musí být odečtena od AH_Produkty, pak předchozí součet musí být vynásoben -1. Takže máte:

cHH_fC + dHH_fD - (na AH_fA + b AH_fB)

Pokud je výsledkem tohoto výpočtu kladné číslo, jedná se o endotermní reakci. A pokud je to negativní, je to exotermická reakce.

Příklady běžných endotermních reakcí

Odpařování suchého ledu

Ten, kdo viděl ty bílé páry vycházející z vozíku na zmrzlinu, byl svědkem jednoho z nejběžnějších příkladů endotermní „reakce“.

Kromě několika zmrzlin tyto páry se oddělily od pevné bílé, volal suchý led, také byli část scénářů vytvořit efekt oparu. Tento suchý led není ničím jiným než pevným oxidem uhličitým, který absorbuje teplotu a před tím, než začne podtlak.

Experimentem pro dětské publikum by bylo naplnit a utěsnit vak suchým ledem. Po chvíli to skončí nafouknutím kvůli CO₂ plyn, který vytváří práci nebo tlačí vnitřní stěny vaku proti atmosférickému tlaku.

Pečení bochníků nebo vaření potravin

Pečení chleba je příkladem chemické reakce, protože nyní dochází k chemickým změnám způsobeným teplem. Ten, kdo voní vůní čerstvě upečeného chleba, ví, že dochází k endotermické reakci.

Těsto a všechny jeho složky potřebují teplo trouby k provedení všech transformací, které jsou nezbytné pro to, aby se staly chlebem a vykazovaly své typické vlastnosti..

Kromě chleba je kuchyně plná příkladů endotermických reakcí. Kdo s nimi denně pracuje. Těstoviny na vaření, změkčovací zrna, zrna kukuřičného zrna, vejce na pečení, kořenící maso, pečení dortu, výroba čaje, sendviče na topení; každá z těchto činností jsou endotermní reakce.

Opalování

Jak jednoduché a běžné, jak se zdá, sluneční paprsky, které si někteří plazi berou, například želvy a krokodýli, spadají do kategorie endotermních reakcí. Želvy absorbují teplo ze slunce, aby regulovaly teplotu svého organismu.

Bez slunce si udržují teplo vody, aby se udržely v teple; co skončí ochlazením vody ve vašich tancích nebo nádržích na ryby.

Reakce tvorby atmosférického dusíku a ozonu

Vzduch se skládá hlavně z dusíku a kyslíku. Během bouřek se uvolňuje energie, která může zlomit silné vazby, které drží atomy dusíku společně v N-molekule.₂:

N₂ + O₂ + Q => 2NO

Na druhé straně, kyslík může absorbovat ultrafialové záření, aby se stal ozonem; alotrop kyslíku, který je velmi prospěšný ve stratosféře, ale poškozuje život na úrovni země. Reakce je:

3O₂ + v => 20₃

Kde v znamená ultrafialové záření. Mechanismus za touto jednoduchou rovnicí je velmi složitý.

Vodní elektrolýza

Elektrolýza využívá elektrickou energii k oddělení molekuly ve svých prvcích nebo k tvorbě molekul. Například při elektrolýze vody vznikají dva plyny: vodík a kyslík, každý v různých elektrodách:

2H₂O => 2H₂ + O₂

Chlorid sodný může trpět stejnou reakcí:

2NaCl => 2Na + Cl₂

V jedné elektrodě uvidíte tvorbu kovového sodíku a v ostatních zelených bublinách chloru.

Fotosyntéza

Rostliny a stromy potřebují absorbovat sluneční světlo jako zdroj energie pro syntézu svých biomateriálů. K tomu používá CO jako surovinu₂ a voda, která se prostřednictvím dlouhé řady kroků přemění na glukózu a jiné cukry. Kromě toho vzniká kyslík, který se uvolňuje z listů.

Roztoky některých solí

Pokud se chlorid sodný rozpustí ve vodě, nezaznamená se žádná znatelná změna vnější teploty nádoby nebo nádoby..

Některé soli, jako je chlorid vápenatý, CaCl₂, zvýšení teploty vody jako produktu velké hydratace iontů Ca²⁺. A další soli, jako je dusičnan nebo chlorid amonný, NH₄NE₃ a NH₄Cl, snižte teplotu vody a ochlazujte její okolí.

V učebnách se obvykle provádějí domácí experimenty, při kterých se některé z těchto solí rozpouštějí, aby se prokázalo, co je to endotermní reakce.

Snížení teploty je způsobeno hydratací iontů NH₄⁺ není upřednostňováno proti rozpouštění krystalických uspořádání jeho solí. V důsledku toho soli absorbují teplo z vody, aby se ionty mohly solvatovat.

Další chemická reakce, která je obvykle velmi běžná pro prokázání, je následující:

Ba (OH)₂8H₂O + 2NH₄NE₃ => Ba (NO₃)₂ + 2NH₃ +10H₂O

Všimněte si množství vytvořené vody. Smícháním obou pevných látek se získá vodný roztok Ba (NO₃)₂, s pachem čpavku as takovým poklesem teploty, který doslova zamrzne vnější povrch nádoby.

Tepelné rozklady

Jedním z nejběžnějších termických rozkladů je hydrogenuhličitan sodný, NaHCO₃, k výrobě CO₂ a voda při zahřátí. Mnoho pevných látek, včetně uhličitanů, má tendenci se rozkládat a uvolňovat CO₂ a odpovídající oxid. Například rozklad uhličitanu vápenatého je následující:

CaCO₃ + Q => CaO + CO₂

Totéž platí pro uhličitany hořčíku, stroncia a barya.

Je důležité poznamenat, že tepelný rozklad se liší od spalování. V prvním není přítomnost vznícení nebo uvolnění tepla, zatímco ve druhém ano; to znamená, že spalování je exotermní reakce, i když potřebuje počáteční zdroj tepla, který se má uskutečnit nebo se vyskytnout spontánně.

Chlorid amonný ve vodě

Když je malé množství chloridu amonného (NH4Cl) rozpuštěno ve vodě ve zkumavce, zkumavka je chladnější než dříve. Během této chemické reakce se teplo absorbuje z okolního prostředí.

Triosíran sodný

Když krystaly thiosíranu sodného (Na₂S₂O₃.5H₂O), běžně nazývaný hypo, se rozpouští ve vodě, dochází k chladícímu účinku.

Automobilové motory

Spalování benzínu nebo motorové nafty v motorech osobních, nákladních automobilů, traktorů nebo autobusů produkuje mechanickou energii, která se používá v oběhu těchto vozidel..

Vroucí kapaliny

Uvedením kapaliny do tepla získává energii a přechází do plynného stavu.

Vaření vajíčka

Když se aplikuje teplo, vaječné proteiny se denaturují a tvoří pevnou strukturu, která se obvykle přijímá.

Vaření potravin

Obecně platí, že při vaření s teplem ke změně vlastností potravin dochází k endotermickým reakcím.

Tyto reakce jsou to, co způsobuje, že se potraviny stávají měkčími, vytvářejí tvárné hmoty, mimo jiné uvolňují složky, které obsahují.

Topení v mikrovlnné troubě

Mikrovlnným zářením absorbují molekuly vody v potravinách energii, začínají vibrovat a zvyšují teplotu potravin.

Tvarované sklo

Absorpce tepla sklem činí spoje pružnějšími, což usnadňuje jejich tvar.

Spotřeba svíčky

Svíčkový vosk se taví, protože absorbuje teplo plamene a mění jeho tvar.

Čištění horkou vodou

Při použití horké vody k čištění předmětů, které byly znečištěny tukem, jako jsou hrnce nebo oděvy, se tuk stává tekutějším a je snadnější ho odstranit.

Tepelná sterilizace potravin a jiných předmětů

Při zahřívání předmětů nebo potravin zvyšují jejich obsah také mikroorganismy, které obsahují.

Když se dodává velké množství tepla, dochází k reakcím uvnitř mikrobiálních buněk. Mnohé z těchto reakcí, jako jsou lámavé vazby nebo denaturace proteinů, končí zabíjením mikroorganismů.

Boj proti infekcím horečkou

Když se projeví horečka, je to proto, že tělo produkuje potřebné teplo, aby zabilo bakterie a viry, které způsobují infekce a vytvářejí onemocnění.

Pokud je generované teplo vysoké a horečka vysoká, jsou postiženy také buňky těla a hrozí riziko smrti.

Odpařování vody

Když se voda vypařuje a mění se na páru, je to způsobeno teplem, které přijímá z okolního prostředí. Jak je tepelná energie přijímána každou molekulou vody, její vibrační energie roste do bodu, kde se může volně pohybovat a vytvářet páry.

Odkazy

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8. vydání). CENGAGE Učení.
2. Wikipedia. (2018). Endotermický proces. Zdroj: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27. prosince 2018). Příklady endotermních reakcí. Citováno z: thoughtco.com
4. Khan Academy. (2019). Endotermní vs. exotermní reakce Zdroj: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Co se děje na molekulární úrovni během endotermní reakce? Hearst Seattle Media. Citováno z: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Výpočet entalpie reakce z entalpií tvorby. Zdroj: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Příklady endotermní reakce. Zdroj:
   quimicas.net.