ENDOTERMICKÁ REAKCIA: CHARAKTERISTIKY, ROVNICE A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2026

Endotermní reakcia je taká, ktorá sa uskutoční musí absorbovať energiu vo forme tepla alebo žiarenia z okolia. Všeobecne, ale nie vždy, ich možno rozpoznať poklesom teploty v ich okolí; alebo naopak, potrebujú zdroj tepla, napríklad taký, ktorý sa získava horiacim plameňom.

Absorpcia energie alebo tepla je spoločná pre všetky endotermické reakcie; ich povaha, ako aj príslušné transformácie sú veľmi rôznorodé. Koľko tepla by mali absorbovať? Odpoveď závisí od jej termodynamiky: teploty, pri ktorej reakcia prebieha spontánne.

Topiaci sa ľadový stalaktit. Zdroj: Pixabay

Napríklad jednou z najznámejších endotermických reakcií je zmena stavu z ľadu na tekutú vodu. Ľad musí absorbovať teplo, až kým jeho teplota nedosiahne približne 0 ° C; pri tejto teplote sa jej roztavenie stane spontánnym a ľad absorbuje, až kým sa úplne neroztopí.

V horúcich priestoroch, napríklad na brehu pláže, sú teploty vyššie, a preto ľad rýchlejšie absorbuje teplo; to znamená, že sa topí rýchlejšie. Príkladom nežiaducej endotermickej reakcie je topenie ľadovcov.

Prečo sa to tak stáva? Prečo sa ľad nemôže javiť ako horúca pevná látka? Odpoveď spočíva v priemernej kinetickej energii molekúl vody v obidvoch štátoch a o tom, ako spolu navzájom pôsobia prostredníctvom vodíkových väzieb.

V tekutej vode majú jej molekuly väčšiu voľnosť pohybu ako v ľade, kde v jej kryštáloch stacionárne vibrujú. Aby sa molekuly mohli pohybovať, musia absorbovať energiu takým spôsobom, aby ich vibrácie prerušili silné smerové vodíkové väzby v ľade.

Z tohto dôvodu ľad absorbuje teplo, ktoré sa topí. Aby existoval „horúci ľad“, museli by byť vodíkové väzby abnormálne silné, aby sa topili pri teplote výrazne nad 0 ° C.

Charakteristiky endotermickej reakcie

Zmena stavu nie je správne chemická reakcia; To isté sa však stáva: produkt (tekutá voda) má vyššiu energiu ako reaktant (ľad). Toto je hlavná charakteristika endotermickej reakcie alebo procesu: produkty sú energetickejšie ako reaktanty.

Aj keď je to pravda, neznamená to, že výrobky musia byť nevyhnutne nestabilné. V takom prípade endotermická reakcia prestáva byť spontánna za všetkých podmienok teploty alebo tlaku.

Zoberme si nasledujúcu chemickú rovnicu:

A + Q => B

Ak Q predstavuje teplo, obvykle sa vyjadruje v jouloch (J) alebo kalóriách (cal). Keď A absorbuje teplo Q a transformuje sa na B, potom sa hovorí, že ide o endotermickú reakciu. Preto má B viac energie ako A a musí absorbovať dostatok energie na dosiahnutie svojej premeny.

Schéma endotermickej reakcie pre A a B. Zdroj: Gabriel Bolívar

Ako je možné vidieť na vyššie uvedenom diagrame, A má menej energie ako B. Množstvo tepla Q absorbované A je také, že prekonáva aktivačnú energiu (energiu potrebnú na dosiahnutie fialovej bodkovanej vrchnej časti). Rozdiel v energii medzi A a B je to, čo je známe ako entalpia reakcie, AH.

AH> 0

Všetky endotermické reakcie majú vyššie uvedený diagram spoločný, pretože produkty sú energetickejšie ako reaktanty. Preto je energetický rozdiel medzi nimi, AH, vždy pozitívny (H _produkt -H _reaktívny > 0). Pretože je to pravda, musí existovať absorpcia tepla alebo energie z okolia, aby sa táto energetická potreba zásobovala.

A ako sa tieto výrazy interpretujú? Pri chemickej reakcii sú väzby vždy prerušené, aby sa vytvorili nové. Na ich prelomenie je potrebná absorpcia energie; to znamená, že je to endotermický krok. Medzitým vytvorenie väzieb znamená stabilitu, takže je to exotermický krok.

Pokiaľ vytvorené väzby nezabezpečujú stabilitu porovnateľnú s množstvom energie potrebnej na rozbitie starých väzieb, jedná sa o endotermickú reakciu. To je dôvod, prečo je potrebná ďalšia energia na podporu prerušenia najstabilnejších väzieb v reaktantoch.

Na druhej strane pri exotermických reakciách nastáva opak: uvoľňuje sa teplo a AH je <1 (negatívny). Tu sú produkty stabilnejšie ako reaktanty a diagram medzi A a B mení tvar; teraz B je pod A a aktivačná energia je nižšia.

Chladia svoje okolie

Aj keď sa nevzťahuje na všetky endotermické reakcie, niektoré z nich spôsobujú zníženie teploty okolia. Je to preto, že absorbované teplo pochádza niekde. Ak by sa teda konverzia A a B mala uskutočniť vo vnútri nádoby, ochladilo by sa.

Čím endotermickejšia reakcia, tým chladnejšia bude nádoba a jej okolie. V skutočnosti sú niektoré reakcie schopné vytvoriť tenkú vrstvu ľadu, akoby vychádzali z chladničky.

Existujú však reakcie tohto typu, ktoré nevychladzujú ich okolie. Prečo? Pretože okolité teplo je nedostatočné; to znamená, že neposkytuje potrebné Q (J, cal), ktoré je napísané v chemických rovniciach. Preto je to vtedy, keď vnikne oheň alebo UV žiarenie.

Medzi týmito dvoma scenármi môže dôjsť k nejasnostiam. Na jednej strane je teplo z okolia dostatočné na to, aby reakcia prebiehala spontánne, a pozoruje sa ochladenie; a na druhej strane je potrebné viac tepla a používa sa účinná metóda ohrevu. V oboch prípadoch sa stane to isté: energia je absorbovaná.

rovnice

Aké sú relevantné rovnice pri endotermickej reakcii? Ako už bolo vysvetlené, hodnota AH musí byť pozitívna. Pri jej výpočte sa najskôr berie do úvahy táto chemická rovnica:

aA + bB => cC + dD

Ak A a B sú reaktanty a C a D sú produkty. Malé písmená (a, b, cad) sú stechiometrické koeficienty. Na výpočet ΔH tejto generickej reakcie sa použije tento matematický výraz:

_Produkty AH - _Činidlá AH = AH _rxn

Môžete pokračovať priamo alebo výpočty robiť samostatne. Pre _výrobky ΔH sa musí vypočítať táto suma:

c AH _f c + d AH _f D

Tam, kde AH _f je entalpia tvorby každej látky sa podieľajú na reakciu. Zvyčajne majú látky v najstabilnejších formách ΔH _f = 0. Napríklad, molekuly O ₂ a H ₂ , alebo pevného kovu, majú AH _f = 0.

Rovnaký výpočet sa teraz robí pre reaktanty, ΔH _reagenty :

AH _f a + b AH _f B

Ale pretože rovnica hovorí, že ΔH _{Činidlá sa} musia odpočítať od ΔH _produktov , vyššie uvedená suma sa musí vynásobiť -1. Takže máte:

c AH _f c + d AH _f D - (a AH _f a + b AH _f B)

Ak je výsledkom tohto výpočtu kladné číslo, potom je to endotermická reakcia. A ak je negatívny, jedná sa o exotermickú reakciu.

Príklady bežných endotermických reakcií

Odparovanie suchého ľadu

Suchý ľad. Zdroj: Nevit, z Wikimedia Commons

Každý, kto kedy videl tie biele výpary vychádzajúce z košíka na zmrzlinu, bol svedkom jedného z najbežnejších príkladov endotermickej „reakcie“.

Okrem niektorých zmrzlín sú tieto pary uvoľňované z bielych tuhých látok, ktoré sa nazývajú suchý ľad, tiež súčasťou scenárov na vytvorenie efektu zákalu. Tento suchý ľad nie je nič iné ako pevný oxid uhličitý, ktorý sa pri absorpcii teploty a vonkajšieho tlaku začína sublimovať.

Experimentom pre detské publikum by bolo naplnenie a utesnenie vaku suchým ľadom. Po nejakej dobe, kedy to skončí nafukovanie v dôsledku plynného CO ₂ , ktorý vytvára prácu alebo tlačí vnútorné steny vaku proti atmosférickému tlaku.

Pečenie chleba alebo varenie jedla

Pečený chlieb. Zdroj: Pixabay

Pečenie chleba je príkladom chemickej reakcie, pretože teraz dochádza k chemickým zmenám v dôsledku tepla. Každý, kto ucítil vôňu čerstvo upečeného chleba, vie, že sa vyskytuje endotermická reakcia.

Cesto a všetky jeho prísady potrebujú teplo rúry na vykonanie všetkých premien, ktoré sú nevyhnutné na to, aby sa z neho stal chlieb a prejavovali typické vlastnosti.

V kuchyni je okrem chleba aj množstvo endotermických reakcií. Každý, kto s nimi varí, sa s nimi každý deň zaoberá. Varenie cestovín, zmäkčovanie jadier, zahrievanie kukuričných zŕn, varenie vajec, korenie mäsa, pečenie koláča, príprava čaju, ohrievanie sendvičov; každá z týchto aktivít je endotermická reakcia.

Opaľovanie

Korytnačky dostať slnečný kúpeľ. Zdroj: Pixabay

Ako je to jednoduché a bežné, opaľovanie sa u niektorých plazov, ako sú korytnačky a krokodíly, patrí do kategórie endotermických reakcií. Korytnačky absorbujú teplo zo slnka a regulujú teplotu tela.

Bez slnka si udržiavajú teplo vody, aby sa udržali v teple; čo končí ochladzovaním vody vo vašich rybníkoch alebo akváriách.

Reakcia tvorby atmosférického dusíka a ozónu

Lightning. Zdroj: Pixabay

Vzduch sa skladá hlavne z dusíka a kyslíka. Počas búrky, ako sa uvoľňuje energia, že sa môže porušiť pevné väzby, ktoré držia atómy dusíka spolu v N ₂ molekuly :

N ₂ + O ₂ + Q => 2NO

Na druhej strane kyslík môže absorbovať ultrafialové žiarenie, aby sa stal ozónom; alotróp kyslíka, ktorý je veľmi prospešný vo stratosfére, ale škodí životu na úrovni zeme. Reakcia je:

3O ₂ + v => 2 O ₃

Kde v znamená ultrafialové žiarenie. Mechanizmus tejto jednoduchej rovnice je veľmi zložitý.

Elektrolýza vody

Elektrolýza využíva elektrickú energiu na oddelenie molekuly na jej formujúce prvky alebo molekuly. Napríklad pri elektrolýze vody sa vytvárajú dva plyny: vodík a kyslík, každý v rôznych elektródach:

2H ₂ O => 2 H ₂ + O ₂

Rovnakú reakciu môže tiež podstúpiť chlorid sodný:

2NaCl => 2Na + Cl ₂

Na jednej elektróde uvidíte tvorbu kovového sodíka a na druhej zelenkavé bubliny chlóru.

fotosyntéza

Rastliny a stromy musia absorbovať slnečné svetlo ako zdroj energie, aby syntetizovali svoje biomateriály. Na tento účel používa CO ₂ a vodu ako suroviny , ktoré sa prostredníctvom dlhej série krokov premieňajú na glukózu a ďalšie cukry. Okrem toho sa vytvára kyslík, ktorý sa uvoľňuje z listov.

Roztoky niektorých solí

Ak sa chlorid sodný rozpustí vo vode, nezaznamená sa žiadna zreteľná zmena vonkajšej teploty skla alebo zásobníka.

Niektoré soli, ako je chlorid vápenatý, CaCl ₂ , zvýšenie teploty vody v dôsledku veľkého hydratácii Ca ²⁺ iónov . A iné soli, ako je napríklad dusičnan amónny alebo chlorid, NH ₄ NO ₃ a NH ₄ Cl, zníženie teploty vody a ochladenie jeho okolie.

V triedach sa domáce experimenty často robia tak, že sa niektoré z týchto solí rozpustia, aby sa preukázala endotermická reakcia.

Pokles teploty je vzhľadom na to, že hydratácia NH ₄ ⁺ iónov je nepodporovaného proti rozpustenie kryštalickej usporiadanie ich solí. V dôsledku toho soli absorbujú teplo z vody, aby umožnili rozpustenie iónov.

Ďalšou chemickou reakciou, ktorá sa zvyčajne demonštruje, je toto:

Ba (OH) ₂ 8 H ₂ O + 2NH ₄ NO ₃ => Ba (NO ₃ ) ₂ + 2NH ₃ + 10H ₂ O

Zaznamenajte množstvo vytvorenej vody. Ak sú obe pevné látky zmieša vodný roztok Ba (NO ₃ ) _{sa získa 2} , s vôňou amoniaku, a s poklesom teploty tak, že doslova zmrazí vonkajší povrch kontajnera.

Tepelné rozklady

Jedným z najčastejších tepelných rozkladov je to hydrogénuhličitan sodný, NaHCO ₃ , za vzniku CO ₂ a vody pri zahriatí. Mnoho pevných látok, vrátane uhličitanov, často rozkladajú k uvoľneniu CO ₂ a zodpovedajúci oxid. Napríklad rozklad uhličitanu vápenatého je nasledujúci:

CaCO ₃ + Q => CaO + CO ₂

To isté platí pre uhličitany horčíka, stroncia a bária.

Je dôležité poznamenať, že termický rozklad sa líši od spaľovania. V prvom prípade nedochádza k vznieteniu ani k úniku tepla, zatiaľ čo v druhom je; to znamená, že spaľovanie je exotermická reakcia, aj keď si vyžaduje počiatočný zdroj tepla alebo sa vyskytuje spontánne.

Chlorid amónny vo vode

Keď sa malé množstvo chloridu amónneho (NH4CI) rozpustí vo vode v skúmavke, trubica sa chladí ako predtým. Počas tejto chemickej reakcie sa teplo absorbuje z prostredia.

Triosíran sodný

Keď kryštály tiosíranu sodného (Na ₂ S ₂ O ₃ .5H ₂ O), bežne nazývaná hypo, sa rozpustí vo vode, dochádza k chladiaci účinok.

Motory do automobilov

Spaľovanie benzínu alebo nafty v motoroch automobilov, nákladných automobilov, traktorov alebo autobusov vytvára mechanickú energiu, ktorá sa používa na obeh týchto vozidiel.

Varné kvapaliny

Uvedením tekutiny do tepla získava energiu a prechádza do plynného stavu.

Varte vajíčko

Ak sa aplikuje teplo, vaječné proteíny sa denaturujú, čím sa vytvorí tuhá štruktúra, ktorá sa obvykle užíva.

Varenie jedla

Všeobecne platí, že vždy, keď sa varí teplom, aby sa zmenili vlastnosti jedla, dochádza k endotermickým reakciám.

Tieto reakcie spôsobujú, že jedlo je mäkšie, vytvára kujné hmoty, okrem iného uvoľňuje zložky, ktoré obsahujú.

Kúrenie jedlo v mikrovlnnej rúre

V dôsledku mikrovlnného žiarenia molekuly vody v potravinách absorbujú energiu, začínajú vibrovať a zvyšujú teplotu potravín.

Lisovanie skla

Absorpcia tepla sklom robí jeho spoje pružnými, takže jeho tvar sa ľahšie mení.

Spotreba sviečky

Sviečkový vosk sa topí absorbovaním tepla z plameňa a mení jeho tvar.

Čistenie horúcou vodou

Ak používate horúcu vodu na čistenie predmetov, ktoré boli znečistené mastnotou, ako sú napríklad hrnce alebo odev, tuk sa stáva tenší a ľahšie sa odstraňuje.

Tepelná sterilizácia potravín a iných predmetov

Pri zahrievaní predmetov alebo potravín zvyšujú aj ich mikroorganizmy.

Ak sa dodáva veľa tepla, v mikrobiálnych bunkách sa vyskytujú reakcie. Mnohé z týchto reakcií, ako napríklad prerušenie väzieb alebo denaturácia proteínov, nakoniec ničia mikroorganizmy.

Bojujte s infekciami horúčkou

Keď sa vyskytne horúčka, je to preto, že telo produkuje teplo potrebné na usmrtenie baktérií a vírusov, ktoré spôsobujú infekcie a spôsobujú ochorenie.

Ak je generované teplo vysoké a horúčka je vysoká, postihnuté sú aj bunky tela a existuje riziko úmrtia.

Odparovanie vody

Keď sa voda vyparuje a mení sa na paru, je to kvôli teplu, ktoré prijíma z okolitého prostredia. Keď tepelná energia prijíma každú molekulu vody, jej vibračná energia sa zvyšuje do bodu, kde sa môže voľne pohybovať, čím sa vytvára para.

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
2. Wikipedia. (2018). Endotermický proces. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27. decembra 2018). Príklady endotermickej reakcie. Získané z: thinkco.com
4. Khan Academy. (2019). Endotermický vs. exotermické reakcie. Obnovené z: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Čo sa stane na molekulárnej úrovni počas endotermickej reakcie? Hearst Seattle Media. Obnovené z: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Výpočet entalpie reakcie z entalpií tvorby. Obnovené z: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Príklady endotermickej reakcie. Obnovené z:
   quimicas.net.