ЕНДОТЕРМИЧКА РЕАКЦИЈА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ЈЕДНАЧИНЕ И ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2025

Ендотермичка реакција је онај који ће се одржати мора да апсорбује енергију, у облику топлоте или зрачења, од околине. Генерално, али не увек, они се могу препознати по паду температуре у својој околини; или напротив, потребан им је извор топлоте, какав је онај који добија горућим пламеном.

Апсорпција енергије или топлоте је оно што имају заједничке све ендотермичке реакције; њихова природа, као и трансформације које су укључене, веома су разнолике. Колико топлоте треба да апсорбују? Одговор зависи од његове термодинамике: температуре на којој се реакција појављује спонтано.

Топљење леденог сталактита. Извор: Пикабаи

На пример, једна од најизразитијих ендотермичких реакција је промена стања из леда у течну воду. Лед треба да апсорбује топлоту све док његова температура не достигне приближно 0 ° Ц; на тој температури њено топљење постаје спонтано, а лед ће апсорбирати док се потпуно не растопи.

У врућим просторима, као што су на обали плаже, температуре су веће и зато лед брже апсорбује топлоту; то јест, топи се брже. Таљење глечера је пример непожељне ендотермичке реакције.

Зашто се то догађа на овај начин? Зашто се лед не може појавити као врућа крута твар? Одговор лежи у просечној кинетичкој енергији молекула воде у оба стања и како они међусобно делују преко водоничних веза.

У течној води, његови молекули имају већу слободу кретања него у леду, где вибрирају непомично у својим кристалима. Да би се кретали, молекули морају да апсорбују енергију на такав начин да њихове вибрације прекидају снажне смерне водоничне везе у леду.

Из тог разлога, лед апсорбује топлоту да се растопи. Да би постојао „врући лед“, водоничне везе би морале бити ненормално јаке да би се растопиле на температури која је изнад 0 ° Ц.

Карактеристике ендотермичке реакције

Промјена стања није исправно хемијска реакција; Међутим, догађа се иста ствар: производ (течна вода) има већу енергију од реактанта (лед). Ово је главна карактеристика ендотермичке реакције или процеса: производи су енергетски више од реактаната.

Иако је то тачно, то не значи да производи морају нужно бити нестабилни. У случају да јесте, ендотермичка реакција престаје да буде спонтана у свим условима температуре или притиска.

Размотримо следећу хемијску једначину:

А + К => Б

Где К представља топлоту, обично изражену у јединицама јоуле (Ј) или калоријама (цал). Пошто А апсорбује топлоту К да би се претворио у Б, тада се каже да је реч о ендотермичкој реакцији. Дакле, Б има више енергије од А и мора да апсорбује довољно енергије да би постигла своју трансформацију.

Ендотермички дијаграм реакције за А и Б. Извор: Габриел Боливар

Као што се види на горњем дијаграму, А има мање енергије од Б. Количина топлоте К коју апсорбује А је таква да превазилази енергију активације (енергију потребну да досегне љубичаст тачкасти врх). Разлика у енергији између А и Б је оно што је познато као енталпија реакције, ΔХ.

ΔХ> 0

Све ендотермичке реакције имају горњи дијаграм заједничког, јер су производи енергичнији од реактаната. Стога је енергетска разлика између њих, ΔХ, увек позитивна (Х _{Производ} -Х _{Реактиван} > 0). Како је то тачно, мора постојати апсорпција топлоте или енергије из окружења да би се обезбедиле ове енергетске потребе.

И како се тумаче такви изрази? У хемијској реакцији, везе се увек прекидају да би се створиле нове. Да бисте их разбили, потребно је апсорбовање енергије; то је, то је ендотермички корак. У међувремену, формирање веза подразумева стабилност, па је то егзотермни корак.

Када формиране везе не дају стабилност упоредиву са количином енергије потребне за прекид старих веза, то је ендотермичка реакција. Због тога је потребна додатна енергија за промоцију пуцања најстабилнијих веза у реактантима.

С друге стране, у егзотермним реакцијама догађа се супротно: ослобађа се топлота и ΔХ је <1 (негативно). Овде су производи стабилнији од реактаната, а дијаграм између А и Б мења облик; сада је Б испод А, а енергија активације је нижа.

Они хладе околину

Иако се не односи на све ендотермичке реакције, неколико њих изазива смањење температуре у њиховој околини. То је зато што апсорбована топлота долази однекуд. Према томе, ако би се конверзија А и Б одвијала унутар контејнера, она би се охладила.

Што је реакција ендотермичнија, посуда и околина ће постати хладнији. У ствари, неке реакције су чак способне да формирају танак слој леда, као да су изашле из фрижидера.

Међутим, постоје реакције овог типа које не хладе околину. Зашто? Јер околна топлота није довољна; то јест, он не даје потребан К (Ј, цал) који је написан хемијским једначинама. Дакле, то је случај када уђе ватра или УВ зрачење.

Између два сценарија може настати мала забуна. С једне стране, околна топлота је довољна да се реакција спонтано одвија и примети се хлађење; с друге стране, потребно је више топлоте и користи се ефикасна метода грејања. У оба случаја догађа се исто: апсорбује се енергија.

Једначине

Које су релевантне једначине у ендотермичкој реакцији? Као што је већ објашњено, ΔХ мора бити позитиван. Да би се израчунала, прво се разматра следећа хемијска једначина:

аА + бБ => цЦ + дД

Где су А и Б реактанти, а Ц и Д су производи. Мала слова (а, б, ц и д) су стехиометријски коефицијенти. За израчунавање ΔХ ове генеричке реакције примењује се следећи математички израз:

ΔХ _{производи} - ΔХ _{реагенси} = ΔХ _ркн

Можете да наставите директно или да израчунате одвојено. За ΔХ _{производе} мора се израчунати следећа сума:

ц ΔХ _ф Ц + д ΔХ _ф Д

Где је ΔХ _ф енталпија стварања сваке супстанце укључене у реакцију. Конвенционално, супстанце у својим најстабилнијим облицима имају ΔХ _ф = 0. На пример, молекули О ₂ и Х ₂ , или чврстог метала, имају ΔХ _ф = 0.

Исти прорачун је направљен за реактанте, ΔХ _{реагенсе} :

а ΔХ _ф А + б ΔХ _ф Б

Али будући да једнаџба каже да се ΔХ _{реагенси} морају одузети од ΔХ _{производа} , тада се горњи зброј мора помножити са -1. Тако да имате:

ц ΔХ _ф Ц + д ΔХ _ф Д - (а ΔХ _ф А + б ΔХ _ф Б)

Ако је резултат овог израчуна позитиван број, то је ендотермичка реакција. А ако је негативна, то је егзотермна реакција.

Примери уобичајених ендотермичких реакција

Испаравање сувог леда

Суви лед. Извор: Невит, из Викимедиа Цоммонс

Свако ко је икада видео оне беле паре које произлазе из колица за сладолед био је сведок једног од најчешћих примера ендотермичке „реакције“.

Поред неких сладоледа, те испарења које се ослобађају од беле чврсте материје, назване суви лед, такође су део сценарија за стварање ефекта измаглице. Овај суви лед није ништа друго до чврсти угљен диоксид, који при апсорпцији температуре и спољног притиска почиње да се сублимира.

Експеримент за дечију публику био би пуњење и заптивање кеса сувим ледом. Након неког времена то ће се надувати услед гасовитог ЦО ₂ , који ствара рад или притиска унутрашње зидове вреће на атмосферски притисак.

Печење хлеба или кување хране

Печени хлеб. Извор: Пикабаи

Печење хлеба је пример хемијске реакције, јер сада долази до хемијских промена услед врућине. Свако ко је осетио арому свеже печених хлебова зна да се јавља ендотермичка реакција.

Тесту и свим његовим састојцима потребна је топлота рерне да изврши све трансформације, неопходне да постане хлеб и покаже своје типичне карактеристике.

Поред хлеба, кухиња је пуна примера ендотермичких реакција. Ко куха куха, бави се њима свакодневно. Кување тјестенине, омекшавање коштица, загревање кукурузних зрна, кување јаја, зачињавање меса, печење колача, прављење чаја, грејање сендвича; свака од ових активности је ендотермичка реакција.

Сунчање

Корњаче се сунчају. Извор: Пикабаи

Колико год се чинило једноставним и уобичајеним, сунчање одређених гмазова, попут корњача и крокодила, спада у категорију ендотермичких реакција. Корњаче апсорбују топлоту од сунца да би регулисале своју телесну температуру.

Без сунца, они задржавају топлину воде да би били топли; која се завршава хлађењем воде у вашим језерцима или резервоарима за рибу.

Реакција атмосферског азота и стварања озона

Муња. Извор: Пикабаи

Зрак се углавном састоји од азота и кисеоника. Током олује са грмљавином таква енергија се ослобађа да може разбити јаке везе које држе атоме азота заједно у Н ₂ молекула :

Н ₂ + О ₂ + К => 2НО

Са друге стране, кисеоник може апсорбовати ултраљубичасто зрачење да би постао озон; алотроп кисеоника који је веома користан у стратосфери, али штетан за живот на нивоу земље. Реакција је:

3О ₂ + в => 2О ₃

Где в значи ултраљубичасто зрачење. Механизам иза те једноставне једначине је веома сложен.

Електролиза воде

Електролиза користи електричну енергију за одвајање молекула у његове формирајуће елементе или молекуле. На пример, при електролизи воде стварају се два гаса: водоник и кисеоник, сваки у различитим електродама:

2Х ₂ О => 2Х ₂ + О ₂

Такође, натријум-хлорид може да прође кроз исту реакцију:

2НаЦл => 2На + Цл ₂

У једној електроди видећете метални натријум, а у другој зеленкасте мехуриће хлора.

Фотосинтеза

Биљке и дрвеће морају да апсорбују сунчеву светлост као снабдевање енергијом за синтетизацију својих биоматеријала. За то користи ЦО ₂ и воду као сировине , које се кроз дуги низ корака претварају у глукозу и друге шећере. Поред тога, формира се кисеоник који се ослобађа из лишћа.

Раствори неких соли

Ако се натријум хлорид раствара у води, неће се приметити значајније промене у спољној температури чаше или посуде.

Неке соли, као што је калцијум хлорид, ЦаЦ ₂ , повећавају температуру воде као резултат великог хидратације на Ца ²⁺ јона . И друге соли, као што је амонијум нитрат или хлорид, НХ ₄ НО ₃ и НХ ₄ Цл, смањити температуру воде и охлади своју околину.

У учионицама се кућни експерименти често раде растварањем неке од ових соли да би се показало шта је ендотермичка реакција.

Пад температуре је због чињенице да хидратације на НХ ₄ ⁺ јона није фаворизују против распада кристалних аранжмана њихових соли. Сходно томе, соли апсорбују топлоту из воде да би се јон могао топити.

Још једна хемијска реакција која се обично показује да је следећа:

Ба (ОХ) ₂ 8Х ₂ О + 2НХ ₄ НО ₃ => Ба (НО ₃ ) ₂ + 2НХ ₃ + 10Х ₂ О

Обратите пажњу на количину формиране воде. Када се обе чврсте материје помешају, добија се водени раствор Ба (НО ₃ ) ₂ , са мирисом амонијака и падом температуре тако да буквално замрзне спољну површину посуде.

Термичка декомпозиција

Једна од најчешћих топлотних распадања је натријум бикарбонат, НаХЦО ₃ , за производњу ЦО ₂ и воде када се загрева. Многе чврсте материје, укључујући карбонате, често се разграђују да би ослобађале ЦО ₂ и одговарајући оксид. На пример, разлагање калцијумовог карбоната је следеће:

ЦаЦО ₃ + К => ЦаО + ЦО ₂

Исто важи и за магнезијум, стронцијум и баријев карбонат.

Важно је напоменути да се термичко разлагање разликује од сагоревања. У првом нема присуства паљења или се ослобађа топлота, док у другом нема; то јест, сагоревање је егзотермна реакција, чак и када је потребно да се почетни извор топлоте догоди или да се догоди спонтано.

Амонијум хлорид у води

Када се мала количина амонијум-хлорида (НХ4Цл) раствара у води у епрувети, епрувета постаје хладнија него раније. Током ове хемијске реакције, топлота се апсорбује из околине.

Натријум-триосулфат

Када кристали натријум тиосулфата (На ₂ С ₂ О ₃ .5Х ₂ О), обично зове хипо, растворити у води, а ефекат хлађења јавља.

Аутомобилски мотори

Изгарање бензина или дизела у моторима аутомобила, камиона, трактора или аутобуса производи механичку енергију, која се користи у промету ових возила.

Вреле течности

Стављањем течности на топлоту он добија енергију и прелази у гасовито стање.

Скувајте јаје

Када се примени топлота, протеини јаја се денатуришу, формирајући чврсту структуру која се обично гута.

Кување хране

Генерално, увек када се кувањем са топлином промене својства хране, јављају се ендотермичке реакције.

Те реакције су оно што узрокује да храна постане мекша, створи масну масу, између осталог отпушта састојке које садрже.

Грејање хране у микроталасној

Због микроталасног зрачења, молекули воде у храни апсорбују енергију, почињу да вибрирају и повећавају температуру хране.

Калупљење стакла

Апсорпција топлоте чашом чини њене зглобове флексибилним, чинећи облик лакшим за промену.

Потрошња свеће

Восак за свеће топи се тако што упија топлину из пламена и мења облик.

Чишћење топле воде

Када користите топлу воду за чишћење предмета обојених масноћом, попут лонаца или одеће, маст постаје тања и лакше се уклања.

Топлотна стерилизација хране и других предмета

При загревању предмета или хране микроорганизми које садрже такође повећавају температуру.

Када се испоручује много топлоте, настају реакције унутар микробних ћелија. Многе од ових реакција, попут прекида веза или денатурације протеина, на крају убијају микроорганизме.

Борите се против инфекције грозницом

Када се појави грозница, то је због тога што тело производи топлоту потребну за убијање бактерија и вируса који узрокују инфекције и узрокују болест.

Ако је произведена топлота велика, а грозница висока, ћелије тела су такође погођене и постоји опасност од смрти.

Испаравање воде

Када вода испарава и претвара се у пару, то је последица топлине коју прима из околине. Како топлотна енергија прима сваки молекул воде, његова вибрациона енергија расте до тачке у којој се може слободно кретати, стварајући пару.

Референце

1. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. (2008). Хемија. (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Учење.
2. Википедиа. (2018). Ендотермички процес. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Хелменстине, др Анне Марие (27. децембра 2018.). Примери ендотермичке реакције. Опоравак од: тхинкцо.цом
4. Академија Кан. (2019). Ендотхермиц вс. егзотермне реакције. Опоравак од: кханацадеми.орг
5. Серм Мурмсон. (2019). Шта се догађа на молекуларном нивоу током ендотермичке реакције? Хеарст Сеаттле Медиа. Опоравак од: едуцатион.сеаттлепи.цом
6. КуимиТубе. (2013). Прорачун енталпије реакције из енталпије формације. Опоравак од: куимитубе.цом
7. Куимицас.нет (2018). Примери ендотермичке реакције.
   Опоравак од: куимицас.нет.