- Endotermiskās reakcijas raksturojums
- ΔH> 0
- Viņi atdzesē savu apkārtni
- Vienādojumi
- Biežu endotermisku reakciju piemēri
- Sausā ledus iztvaikošana
- Maizes cepšana vai ēdiena gatavošana
- Sauļošanās
- Atmosfēras slāpekļa un ozona veidošanās reakcija
- Ūdens elektrolīze
- Fotosintēze
- Dažu sāļu šķīdumi
- Termiskā sadalīšanās
- Amonija hlorīds ūdenī
- Nātrija triosulfāts
- Automašīnu motori
- Verdoši šķidrumi
- Gatavojiet olu
- Ēdienu gatavošana
- Pārtikas sildīšana mikroviļņu krāsnī
- Stikla liešana
- Sveces patēriņš
- Karstā ūdens tīrīšana
- Pārtikas un citu priekšmetu termiskā sterilizācija
- Cīņa ar infekcijām ar drudzi
- Ūdens iztvaikošana
- Atsauces
Endoterma reakcija ir tāda, kas notiks, ir absorbēt enerģiju, kā siltuma vai radiācijas no tās apkārtnes. Parasti, bet ne vienmēr, tos var atpazīt pēc temperatūras pazemināšanās viņu apkārtnē; vai tieši pretēji, viņiem ir nepieciešams siltuma avots, piemēram, tas, ko iegūst, dedzinot liesmu.
Visām endotermiskajām reakcijām ir kopīgs enerģijas vai siltuma absorbcija; to būtība, kā arī iesaistītās pārvērtības ir ļoti dažādas. Cik daudz siltuma viņiem vajadzētu absorbēt? Atbilde ir atkarīga no tā termodinamikas: temperatūras, kurā reakcija notiek spontāni.
Kūstošs ledus stalaktīts. Avots: Pixabay
Piemēram, viena no simboliskākajām endotermiskajām reakcijām ir stāvokļa maiņa no ledus uz šķidru ūdeni. Ledus absorbē siltumu, līdz tā temperatūra sasniedz aptuveni 0ºC; šajā temperatūrā tā kušana kļūst spontāna, un ledus absorbēsies, līdz tas būs pilnībā izkusis.
Karstās telpās, piemēram, pludmales krastos, temperatūra ir augstāka, un tāpēc ledus siltumu absorbē ātrāk; tas ir, tas kūst ātrāk. Ledāju kušana ir nevēlamas endotermiskas reakcijas piemērs.
Kāpēc tas notiek šādā veidā? Kāpēc ledus nevar parādīties kā karsta cieta viela? Atbilde slēpjas ūdens molekulu vidējā kinētiskajā enerģijā abos stāvokļos un kā tās savstarpēji mijiedarbojas caur ūdeņraža saitēm.
Šķidrā ūdenī tā molekulām ir lielāka pārvietošanās brīvība nekā ledus, kur tās nekustīgi vibrē tā kristālos. Lai pārvietotos, molekulām jāabsorbē enerģija tādā veidā, ka to vibrācijas izjauc ledus spēcīgās virziena ūdeņraža saites.
Šī iemesla dēļ ledus absorbē siltumu, lai izkausētu. Lai "karstais ledus" pastāvētu, ūdeņraža saitēm vajadzētu būt neparasti spēcīgām, lai tās izkausētu temperatūrā, kas pārsniedz 0 ° C.
Endotermiskās reakcijas raksturojums
Stāvokļa maiņa nav pareizi ķīmiska reakcija; Tomēr notiek tas pats: produktam (šķidram ūdenim) ir augstāka enerģija nekā reaģentam (ledus). Tā ir galvenā endotermiskās reakcijas vai procesa īpašība: produkti ir enerģētiskāki nekā reaģenti.
Lai gan tā ir taisnība, tas nenozīmē, ka izstrādājumiem obligāti jābūt nestabiliem. Tādā gadījumā endotermiskā reakcija pārstāj būt spontāna jebkuros temperatūras vai spiediena apstākļos.
Apsveriet šādu ķīmisko vienādojumu:
A + Q => B
Kur Q apzīmē siltumu, ko parasti izsaka džoula (J) vai kaloriju (cal) vienībās. Kad 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 jāpārņem pietiekami daudz enerģijas, lai sasniegtu tās transformāciju.
Endotermisko reakciju diagramma A un B. Avots: Gabriel Bolívar
Kā redzams iepriekš redzamajā diagrammā, A ir mazāk enerģijas nekā B. Siltuma daudzums Q, ko absorbē A, ir tāds, ka tas pārspēj aktivizācijas enerģiju (enerģiju, kas nepieciešama, lai ar purpura jumtu sasniegtu purpura virsotni). Enerģijas atšķirība starp A un B ir tā saucamā reakcijas entalpija ΔH.
ΔH> 0
Visām endotermiskajām reakcijām ir kopīga diagramma, jo produkti ir enerģētiskāki nekā reaģenti. Tāpēc enerģijas starpība starp tiem, ΔH, vienmēr ir pozitīva (H produkts -H reaktīvs > 0). Tā kā tā ir taisnība, lai nodrošinātu šo enerģijas vajadzību, no apkārtnes jāabsorbē siltums vai enerģija.
Un kā šādi izteicieni tiek interpretēti? Ķīmiskajā reakcijā saites vienmēr tiek sadalītas, lai izveidotu jaunas. Lai tos izjauktu, nepieciešama enerģijas absorbcija; tas ir, tas ir endotermisks solis. Tikmēr saišu veidošanās nozīmē stabilitāti, tāpēc tas ir eksotermisks solis.
Kad izveidotās saites nenodrošina stabilitāti, kas ir salīdzināma ar enerģijas daudzumu, kas vajadzīgs veco saišu sašķelšanai, tā ir endotermiska reakcija. Tāpēc ir vajadzīga papildu enerģija, lai reaktīvajās vielās sadalītos visstabilākās saites.
No otras puses, eksotermiskās reakcijās notiek pretējais: izdalās siltums, un ΔH ir <1 (negatīvs). Šeit produkti ir stabilāki nekā reaģenti, un diagramma starp A un B maina formu; tagad B ir zem A, un aktivizācijas enerģija ir zemāka.
Viņi atdzesē savu apkārtni
Lai gan tas neattiecas uz visām endotermiskajām reakcijām, vairākas no tām izraisa apkārtējās vides temperatūras pazemināšanos. Tas ir tāpēc, ka absorbētais siltums nāk no kaut kurienes. Tātad, ja A un B pārvēršana notiktu tvertnes iekšpusē, tā atdzistu.
Jo endotermiskāka būs reakcija, jo vēsāks būs trauks un tā apkārtne. Faktiski dažas reakcijas pat spēj radīt plānu ledus kārtu, it kā tās būtu iznākušas no ledusskapja.
Tomēr ir šāda veida reakcijas, kas neatdzesē apkārtni. Kāpēc? Tā kā apkārtējais siltums ir nepietiekams; tas ir, tas nenodrošina nepieciešamo Q (J, cal), kas rakstīts ķīmiskajos vienādojumos. Tāpēc tas ir tad, kad iekļūst uguns vai UV starojums.
Starp šiem diviem scenārijiem var rasties neliela neskaidrība. No vienas puses, karstums no apkārtnes ir pietiekams, lai reakcija notiktu spontāni, un tiek novērota dzesēšana; un, no otras puses, ir nepieciešams vairāk siltuma un tiek izmantota efektīva sildīšanas metode. Abos gadījumos notiek tas pats: enerģija tiek absorbēta.
Vienādojumi
Kādi ir attiecīgie vienādojumi endotermiskajā reakcijā? Kā jau paskaidrots, ΔH jābūt pozitīvam. Lai to aprēķinātu, vispirms tiek ņemts vērā šāds ķīmiskais vienādojums:
aA + bB => cC + dD
Kur A un B ir reaģenti, un C un D ir produkti. Mazie burti (a, b, c un d) ir stehiometriski koeficienti. Lai aprēķinātu šīs vispārīgās reakcijas ΔH, izmanto šādu matemātisko izteiksmi:
ΔH produkti - ΔH reaģenti = ΔH rxn
Varat turpināt tieši vai veikt aprēķinus atsevišķi. ΔH produktiem jāaprēķina šāda summa:
c ΔH f C + d ΔH f D
Kur ΔH f ir katras reakcijā iesaistītās vielas veidošanās entalpija. Pēc vienošanās vielām to visstabilākajās formās ir ΔH f = 0. Piemēram, O 2 un H 2 molekulām vai cietam metālam ir ΔH f = 0.
Tas pats aprēķins tagad tiek veikts attiecībā uz reaģentiem, ΔH reaģentiem :
SH f A + b SH f B
Bet, tā kā vienādojums saka, ka ΔH reaģenti ir jāatskaita no ΔH produktiem , tad šī summa jāreizina ar -1. Tātad jums ir:
c ΔH f C + d ΔH f D - (a ΔH f A + b ΔH f B)
Ja šī aprēķina rezultāts ir pozitīvs skaitlis, tad tā ir endotermiska reakcija. Un, ja tas ir negatīvs, tā ir eksotermiska reakcija.
Biežu endotermisku reakciju piemēri
Sausā ledus iztvaikošana
Sausais ledus. Avots: Nevit, no Wikimedia Commons
Ikviens, kurš kādreiz ir redzējis balto izgarojumu izdalīšanos no saldējuma ratiņiem, ir bijis viens no izplatītākajiem endotermiskās "reakcijas" piemēriem.
Papildus dažiem saldējumiem šie tvaiki, kas izdalās no baltajām cietām vielām, ko sauc par sauso ledu, arī ir bijuši scenāriju daļa, lai radītu miglainu efektu. Šis sausais ledus nav nekas cits kā cietais oglekļa dioksīds, kas, absorbējot temperatūru un ārējo spiedienu, sāk sublimēties.
Eksperiments bērnu auditorijai būtu maisa piepildīšana un aizzīmogošana ar sausu ledu. Pēc kāda laika tas beigsies piepūšanās gāzveida CO 2 dēļ , kas rada darbu vai piespiež maisa iekšējās sienas pret atmosfēras spiedienu.
Maizes cepšana vai ēdiena gatavošana
Cepta maize. Avots: Pixabay
Maizes cepšana ir ķīmiskās reakcijas piemērs, jo tagad siltuma ietekmē notiek ķīmiskas izmaiņas. Ikviens, kurš ir sajutis svaigi ceptu maizīšu aromātu, zina, ka notiek endotermiska reakcija.
Mīklai un visām tās sastāvdaļām vajadzīgs krāsns siltums, lai veiktu visas pārvērtības, kas ir būtiskas, lai kļūtu par maizi un parādītu tai raksturīgās īpašības.
Papildus maizēm virtuve ir pilna ar endotermisku reakciju piemēriem. Kas gatavo, tas ar viņiem nodarbojas katru dienu. Makaronu gatavošana, graudu mīkstināšana, kukurūzas graudu sildīšana, olu vārīšana, gaļas garšviela, kūkas cepšana, tējas pagatavošana, sviestmaižu sildīšana; katra no šīm darbībām ir endotermiskas reakcijas.
Sauļošanās
Bruņurupuči iegūst saules vannu. Avots: Pixabay
Cik vienkāršs un parasts tas var šķist, atsevišķu rāpuļu, piemēram, bruņurupuču un krokodilu, uzņemtie sauļošanās peld ietilpst endotermisko reakciju kategorijā. Bruņurupuči absorbē saules siltumu, lai regulētu ķermeņa temperatūru.
Bez saules tie saglabā ūdens siltumu, lai saglabātu siltumu; kas beidzas ar ūdens dzesēšanu jūsu dīķos vai zivju tvertnēs.
Atmosfēras slāpekļa un ozona veidošanās reakcija
Zibens. Avots: Pixabay
Gaisu galvenokārt veido slāpeklis un skābeklis. Elektrisko vētru laikā tiek atbrīvota tāda enerģija, ka tā var salauzt stiprās saites, kas kopā satur slāpekļa atomus N 2 molekulā :
N 2 + O 2 + Q => 2NO
No otras puses, skābeklis var absorbēt ultravioleto starojumu, lai kļūtu par ozonu; allotrope skābeklis, kas ir ļoti labvēlīgs stratosfērā, bet kaitīgs dzīvībai zemes līmenī. Reakcija ir šāda:
3O 2 + v => 2O 3
Kur v nozīmē ultravioleto starojumu. Šī vienkāršā vienādojuma mehānisms ir ļoti sarežģīts.
Ūdens elektrolīze
Elektrolīze izmanto elektrisko enerģiju, lai atdalītu molekulu tās veidojošajos elementos vai molekulās. Piemēram, ūdens elektrolīzē rodas divas gāzes: ūdeņradis un skābeklis, katrs no tiem ir dažādos elektrodos:
2H 2 O => 2H 2 + O 2
Arī nātrija hlorīds var tikt pakļauts šai pašai reakcijai:
2Nacl => 2NA + Cl 2
Vienā elektrodā būs redzams metālisks nātrijs, bet otrā - zaļgani hlora burbuļi.
Fotosintēze
Augiem un kokiem ir jāuztver saules gaisma kā enerģijas avots, lai sintezētu savus biomateriālus. Šim nolūkam kā izejmateriālus izmanto CO 2 un ūdeni, kas ilgā soļu virknē tiek pārveidoti par glikozi un citiem cukuriem. Turklāt veidojas skābeklis, kas izdalās no lapām.
Dažu sāļu šķīdumi
Ja nātrija hlorīds tiek izšķīdināts ūdenī, stikla vai trauka ārējā temperatūra nav pamanāma.
Daži sāļi, piemēram, kalcija hlorīds, CaCl 2 , Ca 2+ jonu lielas hidratācijas dēļ paaugstina ūdens temperatūru . Un citi sāļi, piemēram, amonija nitrāts vai hlorīds, NH 4 NO 3 un NH 4 Cl, pazemina ūdens temperatūru un atdzesē tā apkārtni.
Klases telpās bieži veic mājas eksperimentus, izšķīdinot dažus no šiem sāļiem, lai parādītu endotermisko reakciju.
Temperatūras pazemināšanās ir saistīta ar faktu, ka NH 4 + jonu hidratācija nav labvēlīga pret to sāļu kristālisko izkārtojumu izšķīšanu. Līdz ar to sāļi absorbē siltumu no ūdens, lai jonus varētu solvatēt.
Vēl viena ķīmiska reakcija, kas parasti ir ļoti izplatīta, lai to pierādītu, ir šāda:
Ba (OH) 2 8H 2 O + 2NH 4 NO 3 => Ba (NO 3 ) 2 + 2NH 3 + 10H 2 O
Ņemiet vērā izveidotā ūdens daudzumu. Kad abas cietās vielas ir sajauktas, iegūst Ba (NO 3 ) 2 ūdens šķīdumu ar amonjaka smaržu un ar tādas temperatūras pazemināšanos, ka tas burtiski iesaldē trauka ārējo virsmu.
Termiskā sadalīšanās
Viena no biežākajām termiskās sadalīšanās metodēm ir nātrija bikarbonāts NaHCO 3 , lai karsējot iegūtu CO 2 un ūdeni. Daudzas cietās vielas, ieskaitot karbonātus, bieži sadalās, izdalot CO 2 un atbilstošo oksīdu. Piemēram, kalcija karbonāts sadalās šādi:
CaCO 3 + Q => CaO + CO 2
Tas pats attiecas uz magnija, stroncija un bārija karbonātiem.
Ir svarīgi atzīmēt, ka termiskā sadalīšanās atšķiras no sadegšanas. Pirmajā nav aizdegšanās vai izdalās siltums, bet otrajā ir; tas ir, sadegšana ir eksotermiska reakcija, pat ja tai ir nepieciešams sākotnējs siltuma avots, kas notiek vai notiek spontāni.
Amonija hlorīds ūdenī
Kad mēģenē ūdenī izšķīdina nelielu daudzumu amonija hlorīda (NH4Cl), mēģene kļūst vēsāka nekā iepriekš. Šīs ķīmiskās reakcijas laikā siltums tiek absorbēts no apkārtējās vides.
Nātrija triosulfāts
Kad nātrija tiosulfāta (Na 2 S 2 O 3 .5H 2 O) kristāli , ko parasti sauc par hipo, izšķīst ūdenī, rodas dzesēšanas efekts.
Automašīnu motori
Dedzinot benzīnu vai dīzeļdegvielu automašīnu, kravas automašīnu, vilcēju vai autobusu motoros, rodas mehāniskā enerģija, kas tiek izmantota šo transportlīdzekļu apritei.
Verdoši šķidrumi
Uzliekot siltumu šķidrumam, tas iegūst enerģiju un nonāk gāzveida stāvoklī.
Gatavojiet olu
Pieliekot karstumu, olu proteīni tiek denaturēti, veidojot cietu struktūru, kas parasti tiek norīta.
Ēdienu gatavošana
Parasti vienmēr, gatavojot ēdienu ar karstumu, lai mainītu ēdiena īpašības, notiek endotermiskas reakcijas.
Šīs reakcijas izraisa to, ka pārtika kļūst mīkstāka, veidojas kaļamas masas, cita starpā atbrīvo tās saturošās sastāvdaļas.
Pārtikas sildīšana mikroviļņu krāsnī
Mikroviļņu starojuma dēļ ēdienā esošās ūdens molekulas absorbē enerģiju, sāk vibrēt un paaugstina ēdiena temperatūru.
Stikla liešana
Siltuma absorbcija stiklā padara tā savienojumus elastīgus, padarot tā formu vieglāk maināmu.
Sveces patēriņš
Sveču vasks kūst, absorbējot liesmu siltumu, mainot tā formu.
Karstā ūdens tīrīšana
Izmantojot karstu ūdeni, lai notīrītu ar taukiem iekrāsotus priekšmetus, piemēram, podus vai drēbes, tauki kļūst plānāki un vieglāk noņemami.
Pārtikas un citu priekšmetu termiskā sterilizācija
Sildot priekšmetus vai ēdienu, tajos esošie mikroorganismi paaugstina arī to temperatūru.
Ja tiek piegādāts daudz siltuma, mikrobu šūnās notiek reakcijas. Daudzas no šīm reakcijām, piemēram, saišu pārrāvums vai olbaltumvielu denaturēšana, beidzas ar mikroorganismu nogalināšanu.
Cīņa ar infekcijām ar drudzi
Kad parādās drudzis, tas notiek tāpēc, ka ķermenis ražo siltumu, kas nepieciešams baktēriju un vīrusu iznīcināšanai, kas izraisa infekcijas un izraisa 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 pārvēršas tvaikā, tas notiek siltuma dēļ, ko tas saņem no apkārtējās vides. Kad siltuma enerģiju saņem katra ūdens molekula, tās vibrācijas enerģija palielinās līdz vietai, kur tā var brīvi pārvietoties, radot tvaiku.
Atsauces
- Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
- Wikipedia. (2018). Endotermisks process. Atgūts no: en.wikipedia.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 27. decembris). Endotermiskās reakcijas piemēri. Atgūts no: domaco.com
- Hanas akadēmija. (2019. gads). Endotermisks vs. eksotermiskas reakcijas. Atgūts no: khanacademy.org
- Serms Murmsons. (2019. gads). Kas notiek molekulārā līmenī endotermiskās reakcijas laikā? Hearst Sietlas plašsaziņas līdzekļi. Atgūts no: education.seattlepi.com
- QuimiTube. (2013). Reakcijas entalpijas aprēķins no veidošanās entalpijas. Atgūts no: quimitube.com
- Quimicas.net (2018). Endotermiskās reakcijas piemēri. Atgūts no:
quimicas.net.