- Kjennetegn på en endoterm reaksjon
- ΔH> 0
- De kjøler omgivelsene
- ligninger
- Eksempler på vanlige endotermiske reaksjoner
- Fordamping av tørris
- Å bake brød eller koke mat
- soling
- Reaksjon av atmosfærisk nitrogen- og ozondannelse
- Elektrolyse av vann
- Fotosyntese
- Løsninger av noen salter
- Termiske spaltning
- Ammoniumklorid i vann
- Natriumtriosulfat
- Bilmotorer
- Kokende væsker
- Kok et egg
- Matlaging
- Varme opp mat i mikrobølgeovn
- Støping av glass
- Forbruk av et stearinlys
- Rengjøring av varmt vann
- Varmesterilisering av mat og andre gjenstander
- Bekjemp infeksjoner med feber
- Fordamping av vann
- referanser
En endotermisk reaksjon er en som for å finne sted må absorbere energi, i form av varme eller stråling, fra omgivelsene. Generelt, men ikke alltid, kan de gjenkjennes av et temperaturfall i omgivelsene; eller tvert imot, de trenger en varmekilde, for eksempel den som oppnås med en brennende flamme.
Opptaket av energi eller varme er det alle endotermiske reaksjoner har til felles; deres natur, så vel som transformasjonene som er involvert, er veldig forskjellige. Hvor mye varme skal de absorbere? Svaret avhenger av dets termodynamikk: temperaturen reaksjonen oppstår spontant.
Smeltende isstalaktitt. Kilde: Pixabay
For eksempel er en av de mest emblematiske endotermiske reaksjonene endring av tilstand fra is til flytende vann. Ice trenger å absorbere varme til temperaturen når omtrent 0 ° C; ved den temperaturen blir smeltingen spontan, og isen vil absorbere til den har smeltet fullstendig.
I varme områder, som ved bredden av en strand, er temperaturene høyere, og derfor absorberer isen raskere varme; det vil si at den smelter raskere. Smelting av breer er et eksempel på en uønsket endoterm reaksjon.
Hvorfor skjer det på denne måten? Hvorfor kan ikke is fremstå som et varmt faststoff? Svaret ligger i den gjennomsnittlige kinetiske energien til vannmolekylene i begge tilstander, og hvordan de interagerer med hverandre gjennom sine hydrogenbindinger.
I flytende vann har molekylene større bevegelsesfrihet enn i is, der de vibrerer stasjonært i krystaller. For å bevege seg, må molekyler absorbere energi på en slik måte at vibrasjonene deres bryter de sterke retningsbestemte hydrogenbindingene i isen.
Av denne grunn absorberer isen varme for å smelte. For at "varm is" skal eksistere, må hydrogenbindinger være unormalt sterke for å smelte ved en temperatur godt over 0 ° C.
Kjennetegn på en endoterm reaksjon
Tilstandsendringen er ikke riktig en kjemisk reaksjon; Det samme skjer imidlertid: produktet (flytende vann) har høyere energi enn reaktanten (is). Dette er hovedtrekket ved en endoterm reaksjon eller prosess: produktene er mer energiske enn reaktantene.
Selv om dette stemmer, betyr det ikke at produkter nødvendigvis må være ustabile. I tilfelle det er tilfelle, slutter den endoterme reaksjonen å være spontan under alle temperatur- eller trykkforhold.
Tenk på følgende kjemiske ligning:
A + Q => B
Hvor Q representerer varme, vanligvis uttrykt i enhetene til joule (J) eller kalorier (cal). Når A absorberer varmen Q for å transformere seg til B, sies det da at det er en endoterm reaksjon. Dermed har B mer energi enn A, og må absorbere nok energi for å oppnå transformasjonen.
Endotermisk reaksjonsdiagram for A og B. Kilde: Gabriel Bolívar
Som det kan sees i diagrammet over, har A mindre energi enn B. Mengden varme Q absorbert av A er slik at den overvinner aktiveringsenergien (energien som trengs for å nå den lilla prikkete toppen). Forskjellen i energi mellom A og B er det som er kjent som entalpien av reaksjonen, ΔH.
ΔH> 0
Alle endotermiske reaksjoner har diagrammet ovenfor til felles, siden produktene er mer energiske enn reaktantene. Derfor er energiforskjellen mellom dem, ΔH, alltid positiv (H Produkt -H Reactive > 0). Da dette er sant, må det være en absorpsjon av varme eller energi fra omgivelsene for å forsyne dette energibehovet.
Og hvordan tolkes slike uttrykk? I en kjemisk reaksjon brytes alltid bindinger for å skape nye. For å bryte dem er absorpsjon av energi nødvendig; det vil si at det er et endotermisk trinn. I mellomtiden innebærer dannelsen av bindingene stabilitet, så det er et eksotermt trinn.
Når de dannede bindinger ikke gir stabilitet som kan sammenlignes med energimengden som kreves for å bryte de gamle bindingene, er det en endoterm reaksjon. Dette er grunnen til at det trengs ekstra energi for å fremme brudd på de mest stabile bindinger i reaktantene.
På den annen side skjer det motsatte ved eksoterme reaksjoner: varme frigjøres, og ΔH er <1 (negativ). Her er produktene mer stabile enn reaktantene, og diagrammet mellom A og B endrer form; nå er B under A, og aktiveringsenergien er lavere.
De kjøler omgivelsene
Selv om det ikke gjelder alle endotermiske reaksjoner, forårsaker flere av dem en reduksjon i temperaturen i omgivelsene. Dette fordi den absorberte varmen kommer fra et sted. Følgelig, hvis konverteringen av A og B skulle skje inne i en container, ville den kjøle seg ned.
Jo mer endotermisk reaksjonen er, jo kaldere blir beholderen og omgivelsene. Faktisk er noen reaksjoner til og med i stand til å danne et tynt lag is, som om de hadde kommet ut av et kjøleskap.
Imidlertid er det reaksjoner av denne typen som ikke kjøler omgivelsene. Hvorfor? Fordi den omgivende varmen er utilstrekkelig; det vil si at den ikke gir nødvendig Q (J, cal) som er skrevet i kjemiske ligninger. Derfor er dette når brann eller UV-stråling kommer inn.
Det kan oppstå litt forvirring mellom de to scenariene. På den ene siden er den omgivende varmen tilstrekkelig til at reaksjonen fortsetter spontant, og avkjøling blir observert; og på den andre siden er det behov for mer varme og en effektiv oppvarmingsmetode blir brukt. I begge tilfeller skjer det samme: energi blir absorbert.
ligninger
Hva er de aktuelle likningene i en endoterm reaksjon? Som allerede forklart, må ΔH være positiv. For å beregne den vurderes først følgende kjemiske ligning:
aA + bB => cC + dD
Hvor A og B er reaktantene, og C og D er produktene. De små bokstavene (a, b, c og d) er de støkiometriske koeffisientene. For å beregne ΔH for denne generiske reaksjonen, brukes følgende matematiske uttrykk:
ΔH- produkter - ΔH- reagenser = ΔH rxn
Du kan gå direkte, eller gjøre beregningene separat. For ΔH- produkter må følgende sum beregnes:
c ΔH f C + d ΔH f D
Hvor fH f er entalpien av dannelse av hvert stoff som er involvert i reaksjonen. I henhold til konvensjonen har stoffer i deres mest stabile former ΔH f = 0. For eksempel, molekyler av O- 2 og H- 2 , eller en fast metall, måtte AH f = 0.
Den samme beregningen blir nå gjort for reaktantene, ΔH Reagents :
a ΔH f A + b ΔH f B
Men siden ligningen sier at ΔH- reagenser må trekkes fra ΔH- produkter , må summen ovenfor multipliseres med -1. Så du har:
c ΔH f C + d ΔH f D - (a ΔH f A + b ΔH f B)
Hvis resultatet av denne beregningen er et positivt tall, er det en endoterm reaksjon. Og hvis det er negativt, er det en eksoterm reaksjon.
Eksempler på vanlige endotermiske reaksjoner
Fordamping av tørris
Tørris. Kilde: Nevit, fra Wikimedia Commons
Alle som noensinne har sett de hvite røykene som stammer fra en iskremvogn, har vært vitne til et av de vanligste eksemplene på en endotermisk "reaksjon".
Utover noen iskrem har disse damper som frigjøres fra hvite faste stoffer, kalt tørris, også vært en del av scenariene for å skape diseffekten. Denne tørrisen er ikke annet enn fast karbondioksid, som når absorbere temperatur og ytre trykk begynner å sublimere.
Et eksperiment for et barnepublikum ville være å fylle og forsegle en pose med tørris. Etter en stund vil den ende opp med å blåse opp på grunn av den gassformige CO 2 , som genererer arbeid eller presser posens indre vegger mot atmosfæretrykk.
Å bake brød eller koke mat
Bakt brød. Kilde: Pixabay
Å bake brød er et eksempel på en kjemisk reaksjon, siden det nå er kjemiske endringer på grunn av varme. Alle som har luktet duften av nybakte brød vet at det oppstår en endoterm reaksjon.
Deigen og alle ingrediensene trenger ovnens varme for å utføre alle transformasjoner, som er essensielle for å bli brød og ha sine typiske egenskaper.
I tillegg til brød, er kjøkkenet fullt av eksempler på endotermiske reaksjoner. Den som lager mat, tar seg av dem daglig. Matlaging pasta, mykgjøring av kjerner, oppvarming av maiskjerner, matlaging egg, krydder kjøtt, baker en kake, lager te, oppvarmer smørbrød; hver av disse aktivitetene er endotermiske reaksjoner.
soling
Skilpadder får et solbad. Kilde: Pixabay
Så enkle og vanlige som de kan virke, faller solbad i bestemte krypdyr, som skilpadder og krokodiller, inn i kategorien endotermiske reaksjoner. Skilpadder tar opp varme fra solen for å regulere kroppstemperaturen.
Uten solen holder de varmen på vannet for å holde varmen; som ender med å avkjøle vannet i dammer eller fisketanker.
Reaksjon av atmosfærisk nitrogen- og ozondannelse
Lyn. Kilde: Pixabay
Luft består hovedsakelig av nitrogen og oksygen. Under elektriske stormer frigjøres slik energi at den kan bryte de sterke bindingene som holder nitrogenatomer sammen i N 2- molekylet :
N 2 + O 2 + Q => 2NO
På den annen side kan oksygen absorbere ultrafiolett stråling for å bli ozon; oksygen allotrope som er veldig gunstig i stratosfæren, men skadelig for livet på bakkenivå. Reaksjonen er:
3O 2 + v => 2O 3
Hvor v betyr ultrafiolett stråling. Mekanismen bak den enkle ligningen er veldig kompleks.
Elektrolyse av vann
Elektrolyse bruker elektrisk energi for å skille et molekyl i dets formende elementer eller molekyler. For eksempel, ved elektrolyse av vann, genereres to gasser: hydrogen og oksygen, hver i forskjellige elektroder:
2H 2 O => 2H 2 + O 2
Natriumklorid kan også gjennomgå den samme reaksjonen:
2NaCl => 2Na + Cl 2
I den ene elektroden vil du se dannelsen av metallisk natrium, og i den andre, grønlige klorbobler.
Fotosyntese
Planter og trær trenger å absorbere sollys som energiforsyning for å syntetisere biomaterialene deres. For dette bruker den CO 2 og vann som råvarer , som gjennom en lang rekke trinn omdannes til glukose og andre sukkerarter. I tillegg dannes oksygen, som frigjøres fra bladene.
Løsninger av noen salter
Hvis natriumklorid blir oppløst i vann, vil ingen merkbar endring bli lagt merke til den ytre temperaturen på glasset eller beholderen.
Noen salter, som kalsiumklorid, CaCl 2 , øker temperaturen på vannet som et resultat av den store hydratiseringen av Ca 2+ -ionene . Og andre salter, for eksempel ammoniumnitrat eller klorid, NH 4 NO 3 og NH 4 Cl, senker temperaturen på vannet og kjøler omgivelsene.
I klasserom blir det ofte gjort hjemmeforsøk ved å løse opp noen av disse saltene for å demonstrere hva en endoterm reaksjon er.
Det fall i temperaturen er på grunn av det faktum at hydratiseringen av NH 4 + -ioner ikke begunstiges mot oppløsning av de krystallinske arrangementer av deres salter. Følgelig absorberer saltene varme fra vannet for å la ionene bli solvatisert.
En annen kjemisk reaksjon som vanligvis er veldig vanlig å demonstrere dette er følgende:
Ba (OH) 2 8H 2 O + 2NH 4 NO 3 => Ba (NO 3 ) 2 + 2NH 3 + 10H 2 O
Legg merke til mengden vann som er dannet. Når begge faste stoffer blandes, oppnås en vandig løsning av Ba (NO 3 ) 2 med lukten av ammoniakk og med et fall i temperaturen slik at det bokstavelig talt fryser beholderens ytre overflate.
Termiske spaltning
En av de vanligste termiske spaltningene er natriumbikarbonat, NaHCO 3 , for å produsere CO 2 og vann når det blir oppvarmet. Mange faste stoffer, inkludert karbonater, brytes ofte ned for å frigjøre CO 2 og det tilsvarende oksyd. For eksempel er spaltning av kalsiumkarbonat som følger:
CaCO 3 + Q => CaO + CO 2
Det samme gjelder magnesium, strontium og bariumkarbonater.
Det er viktig å merke seg at termisk spaltning er forskjellig fra forbrenning. I den første er det ingen nærvær av antennelse eller det frigjøres varme, mens det i det andre er; det vil si at forbrenning er en eksoterm reaksjon, selv når den krever at en innledende varmekilde skal skje eller oppstå spontant.
Ammoniumklorid i vann
Når en liten mengde ammoniumklorid (NH4Cl) er oppløst i vann i et reagensrør, blir røret kaldere enn før. Under denne kjemiske reaksjonen absorberes varme fra miljøet.
Natriumtriosulfat
Når krystaller av natriumtiosulfat (Na 2 S 2 O 3 .5H 2 O), vanligvis kalt hypo, oppløses i vann, oppstår det en kjølende effekt.
Bilmotorer
Å brenne bensin eller diesel i bil-, lastebil-, traktor- eller bussmotorer produserer mekanisk energi, som brukes i sirkulasjonen av disse kjøretøyene.
Kokende væsker
Ved å sette en væske til varme, får den energi og går i gassform.
Kok et egg
Når det tilføres varme, denatureres eggproteinene og danner den faste strukturen som vanligvis inntas.
Matlaging
Generelt, alltid når man steker med varme for å endre egenskapene til mat, oppstår endoterme reaksjoner.
Disse reaksjonene er det som får mat til å bli mykere, genererer formbare masser, frigjør blant annet komponentene.
Varme opp mat i mikrobølgeovn
På grunn av mikrobølgestråling, absorberer vannmolekyler i maten energi, begynner å vibrere og øke temperaturen på maten.
Støping av glass
Opptaket av varme i glasset gjør leddene fleksible, og gjør formen lettere å endre.
Forbruk av et stearinlys
Stearinlys voks smelter ved å absorbere varmen fra flammen og endre form.
Rengjøring av varmt vann
Når du bruker varmt vann til å rengjøre gjenstander som er farget med fett, for eksempel gryter eller klær, blir fettet tynnere og lettere å fjerne.
Varmesterilisering av mat og andre gjenstander
Når du oppvarmer gjenstander eller mat, øker også mikroorganismene de inneholder temperaturen.
Når det tilføres mye varme, oppstår reaksjoner i mikrobielle celler. Mange av disse reaksjonene, for eksempel brudd på bindinger eller denaturering av proteiner, ender med å drepe mikroorganismer.
Bekjemp infeksjoner med feber
Når en feber oppstår, er det fordi kroppen produserer den varmen som er nødvendig for å drepe bakteriene og virusene som forårsaker infeksjoner og forårsaker sykdom.
Hvis varmen som genereres er høy og feberen er høy, påvirkes også cellene i kroppen og det er fare for død.
Fordamping av vann
Når vann fordamper og blir til damp, skyldes det varmen det mottar fra omgivelsene. Når varmeenergi mottas av hvert vannmolekyl, øker dets vibrasjonsenergi til det punktet der det kan bevege seg fritt, og skaper damp.
referanser
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Læring.
- Wikipedia. (2018). Endotermisk prosess. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27. desember 2018). Eksempler på endotermiske reaksjoner. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
- Khan Academy. (2019). Endotermisk vs. eksoterme reaksjoner. Gjenopprettet fra: khanacademy.org
- Serm Murmson. (2019). Hva skjer på molekylært nivå under en endoterm reaksjon? Hearst Seattle Media. Gjenopprettet fra: education.seattlepi.com
- QuimiTube. (2013). Beregning av entalpien av reaksjon fra entalpiene til dannelse. Gjenopprettet fra: quimitube.com
- Quimicas.net (2018). Eksempler på endoterm reaksjon. Gjenopprettet fra:
quimicas.net.