ENDOTERMINEN REAKTIO: OMINAISUUDET, YHTÄLÖT JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Endoterminen reaktio on sellainen, joka tapahtuu, on absorboida energiaa, muodossa lämmön tai säteilyn, joka erottuu ympäristöstään. Yleensä, mutta ei aina, ne tunnistetaan ympäristön lämpötilan laskusta; tai päinvastoin, he tarvitsevat lämmönlähteen, kuten sellaisen, joka saadaan palavasta liekistä.

Energian tai lämmön imeytyminen on mitä kaikilla endotermisillä reaktioilla on yhteistä; niiden luonne ja siihen liittyvät muutokset ovat hyvin erilaisia. Kuinka paljon lämpöä niiden tulisi absorboida? Vastaus riippuu sen termodynaamisesta: lämpötilasta, jossa reaktio tapahtuu spontaanisti.

Sulava jää stalaktiitti. Lähde: Pixabay

Esimerkiksi yksi tunnetuimmista endotermisistä reaktioista on tilan vaihtaminen jäästä nestemäiseksi vedeksi. Jään on absorboitava lämpöä, kunnes sen lämpötila saavuttaa noin 0ºC; siinä lämpötilassa sen sulaminen muuttuu spontaaniksi, ja jää imeytyy, kunnes se on täysin sulanut.

Kuumissa tiloissa, kuten rannan rannalla, lämpötilat ovat korkeammat ja siksi jää absorboi lämpöä nopeammin; eli se sulaa nopeammin. Jäätiköiden sulaminen on esimerkki ei-toivotusta endotermisestä reaktiosta.

Miksi se tapahtuu tällä tavalla? Miksi jää ei voi näkyä kuumana kiinteänä aineena? Vastaus on vesimolekyylien keskimääräisessä kineettisessä energiassa molemmissa tiloissa ja siihen, kuinka ne ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa vety sidostensa kautta.

Nestemäisessä vedessä sen molekyyleillä on suurempi liikkumisvapaus kuin jäässä, jossa ne värisevät paikallaan sen kiteissä. Liikkuakseen molekyylien on absorboitava energiaa siten, että niiden värähtelyt rikkovat vahvat suuntaiset vedyn sidokset jäässä.

Tästä syystä jää imee lämpöä sulamaan. Jotta "kuuma jää" olisi olemassa, vety sidosten tulisi olla epänormaalin vahvoja sulaakseen lämpötilassa, joka on selvästi yli 0 ° C.

Endotermisen reaktion ominaispiirteet

Tilanmuutos ei ole oikein kemiallinen reaktio; Sama tapahtuu kuitenkin: tuotteella (nestemäisellä vedellä) on suurempi energia kuin reagenssilla (jää). Tämä on endotermisen reaktion tai prosessin pääominaisuus: tuotteet ovat energeettisempiä kuin reagenssit.

Vaikka tämä on totta, se ei tarkoita, että tuotteiden on välttämättä oltava epävakaita. Siinä tapauksessa, että se on, endoterminen reaktio lakkaa olemasta spontaani kaikissa lämpötilan tai paineen olosuhteissa.

Mieti seuraavaa kemiallista yhtälöä:

A + Q => B

Missä Q edustaa lämpöä, ilmaistaan ​​yleensä jouleina (J) tai kaloreina (cal). Kun A absorboi lämpöä Q muuntautumaan B: ksi, sanotaan sitten, että se on endoterminen reaktio. Siten B: llä on enemmän energiaa kuin A: lla, ja sen on absorboitava tarpeeksi energiaa muutoksen saavuttamiseksi.

Endoterminen reaktiokaavio A: lle ja B: lle. Lähde: Gabriel Bolívar

Kuten yllä olevasta kaaviosta voidaan nähdä, A: lla on vähemmän energiaa kuin B. A: n absorboima lämmön Q määrä on sellainen, että se ylittää aktivointienergian (energian, joka tarvitaan purppurapisteisen katkoviivan saavuttamiseen). Energian ero A: n ja B: n välillä on niin kutsuttu reaktion entalpia, ΔH.

AH> 0

Kaikilla endotermisillä reaktioilla on yllä oleva kaavio yhteinen, koska tuotteet ovat energeettisempiä kuin reagenssit. Siksi niiden välinen energiaero, ΔH, on aina positiivinen (H- _tuote -H _Reaktiivinen > 0). Koska tämä on totta, ympäristön täytyy olla absorboituneita lämpöä tai energiaa tämän energiantarpeen tarjoamiseksi.

Ja miten tällaisia ​​ilmaisuja tulkitaan? Kemiallisessa reaktiossa sidokset murtuvat aina uusien luomiseksi. Niiden murtamiseksi energian imeytyminen on välttämätöntä; eli se on endoterminen vaihe. Samaan aikaan sidosten muodostuminen merkitsee vakautta, joten se on eksoterminen vaihe.

Kun muodostuneet sidokset eivät tarjoa stabiilisuutta, joka on verrattavissa vanhojen sidosten katkaisemiseen tarvittavaan energiamäärään, se on endoterminen reaktio. Siksi tarvitaan lisäenergiaa reagoivien aineiden stabiilimpien sidosten katkeamisen edistämiseksi.

Toisaalta eksotermisissä reaktioissa tapahtuu päinvastoin: lämpö vapautuu, ja ΔH on <1 (negatiivinen). Tässä tuotteet ovat stabiilempia kuin reagenssit, ja kaavio A: n ja B: n välillä muuttaa muotoa; nyt B on alle A, ja aktivointienergia on pienempi.

He viilentävät ympäristöään

Vaikka se ei koske kaikkia endotermisiä reaktioita, useat niistä aiheuttavat ympäristön lämpötilan laskun. Tämä johtuu siitä, että absorboitunut lämpö tulee jostakin. Joten jos A: n ja B: n muuntaminen tapahtuisi säiliön sisällä, se jäähtyisi.

Mitä endoterminen reaktio, sitä kylmemmäksi astiasta ja sen ympäristöstä tulee. Itse asiassa jotkut reaktiot kykenevät jopa muodostamaan ohuen jääkerroksen, ikään kuin ne olisivat tulleet ulos jääkaapista.

Kuitenkin on tämän tyyppisiä reaktioita, jotka eivät jäähdytä ympäristöä. Miksi? Koska ympäröivä lämpö on riittämätöntä; eli se ei tarjoa tarvittavaa Q (J, cal), joka on kirjoitettu kemiallisissa yhtälöissä. Siksi tämä on, kun tuli tai UV-säteily pääsee.

Näiden kahden skenaarion välillä saattaa esiintyä pieni sekaannus. Yhtäältä lämpö ympäristöstä riittää reaktion etenemiseen spontaanisti ja jäähdytystä havaitaan; ja toisaalta tarvitaan enemmän lämpöä ja käytetään tehokasta lämmitysmenetelmää. Molemmissa tapauksissa tapahtuu sama asia: energia imeytyy.

yhtälöt

Mitkä ovat merkitykselliset yhtälöt endotermisessä reaktiossa? Kuten jo selitettiin, ΔH: n on oltava positiivinen. Sen laskemiseksi otetaan ensin huomioon seuraava kemiallinen yhtälö:

aA + bB => cC + dD

Missä A ja B ovat reagensseja ja C ja D ovat tuotteita. Pienet kirjaimet (a, b, c ja d) ovat stoikiometrisiä kertoimia. Tämän geneerisen reaktion ΔH laskemiseksi käytetään seuraavaa matemaattista lauseketta:

ΔH- _tuotteet - ΔH- _reagenssit = ΔH _rxn

Voit jatkaa suoraan tai tehdä laskelmat erikseen. ΔH- _tuotteille on laskettava seuraava summa:

c AH _f C + d AH _f D

Jossa AH _f on entalpia muodostumisen kunkin aineen mukana reaktiossa. Sopimuksen mukaan aineiden vakaimmissa muodoissa on ΔH _f = 0. Esimerkiksi molekyylit, O ₂ ja H ₂, tai metallisista, on AH _f = 0.

Sama laskelma tehdään nyt reagensseille, ΔH- _reagenssit:

AH _f A + b AH _f B

Mutta koska yhtälössä sanotaan, että ΔH- _reagenssit on vähennettävä ΔH- _tuotteista, niin edellä oleva summa on kerrottava -1: llä. Joten sinulla on:

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

Jos tämän laskelman tulos on positiivinen luku, niin se on endoterminen reaktio. Ja jos se on negatiivinen, se on eksoterminen reaktio.

Esimerkkejä yleisistä endotermisistä reaktioista

Kuivajää haihdutus

Kuivajää. Lähde: Nevit, Wikimedia Commonsista

Jokainen, joka on koskaan nähnyt ne jäätelökärrystä tulevat valkoiset höyryt, on nähnyt yhden yleisimmistä endotermisen "reaktion" esimerkkeistä.

Joidenkin jäätelöiden lisäksi nämä valkoisista kiinteistä aineista vapautuneet höyryt, joita kutsutaan kuivaksi jääksi, ovat olleet myös osa skenaarioita sumuvaikutuksen aikaansaamiseksi. Tämä kuiva jää ei ole muuta kuin kiinteää hiilidioksidia, joka lämpötilaa ja ulkoista painetta absorboidessaan alkaa sublimoitua.

Koe lapsyleisölle olisi täyttää ja sulkea pussi kuivajäällä. Jälkeen, kun tämä on lopulta liian suuria, koska CO ₂ kaasu, joka generoi työtä tai painamalla sisäseinien pussin vasten ilmakehän paineessa.

Leivän tai ruoanlaitto

Paistettu leipä. Lähde: Pixabay

Leivän paistaminen on esimerkki kemiallisesta reaktiosta, koska nyt lämmössä tapahtuu kemiallisia muutoksia. Jokainen, joka on haistanut vastaleivottujen leipien tuoksun, tietää, että tapahtuu endoterminen reaktio.

Taikina ja kaikki sen ainesosat tarvitsevat uunin lämpöä suorittaakseen kaikki muunnokset, jotka ovat välttämättömiä leivän saamiseksi ja sen tyypillisten ominaisuuksien osoittamiseksi.

Leipäjen lisäksi keittiö on täynnä esimerkkejä endotermisistä reaktioista. Kuka keittää, käsittelee heitä päivittäin. Pastanien keittäminen, ytimien pehmentäminen, maissin ytimien kuumentaminen, munien keittäminen, lihan maustaminen, kakun leipominen, teen valmistus, voileipien kuumentaminen; kukin näistä aktiviteeteista on endotermisiä reaktioita.

Auringon ottaminen

Kilpikonnat saavat aurinkohaun. Lähde: Pixabay

Jotkut yksinkertaiset ja yleiset kuin miltä ne saattavat vaikuttaa, tiettyjen matelijoiden, kuten kilpikonnien ja krokotiilien, ottamat aurinkoa käyvät endotermisten reaktioiden luokkaan. Kilpikonnat imevät aurinkoa lämpöä kehon lämpötilan säätelemiseksi.

Ilman aurinkoa ne pitävät veden lämpöä pitäen lämpimänä; joka päättyy veden jäähdyttämisessä lampissa tai kalasäiliöissä.

Ilman typen ja otsonin muodostumisen reaktio

Salama. Lähde: Pixabay

Ilma koostuu pääasiassa typestä ja hapesta. Ukonilmalla, kuten energia vapautuu, että se voi rikkoa vahvoja sidoksia, jotka pitävät typpiatomia yhdessä N ₂ -molekyyli:

N ₂ + O ₂ + Q => 2NO

Toisaalta happi voi absorboida ultraviolettisäteilyä otsoniksi; hapen allotrooppi, joka on erittäin hyödyllinen stratosfäärissä, mutta vahingoittaa maanpinnan elämää. Reaktio on:

3O ₂ + v => 2 O ₃

Missä v tarkoittaa ultraviolettisäteilyä. Tämän yksinkertaisen yhtälön takana oleva mekanismi on erittäin monimutkainen.

Veden elektrolyysi

Elektrolyysi käyttää sähköenergiaa molekyylin erottamiseen sen muodostavista elementeistä tai molekyyleistä. Esimerkiksi veden elektrolyysissä syntyy kaksi kaasua: vety ja happi, kukin erilaisissa elektrodoissa:

2H ₂ O => 2H ₂ + O ₂

Natriumkloridi voi myös käydä läpi saman reaktion:

2NaCl => 2Na + CI ₂

Yhdessä elektrodissa näet metallisen natriumin muodostumisen, ja toisessa vihertävät kloorikuplat.

Fotosynteesi

Kasvien ja puiden on absorboitava auringonvalo energianlähteenä biomateriaalien syntetisoimiseksi. Tämän, se käyttää CO ₂ ja vesi, kuten raaka-aineet, jotka läpi pitkän sarjan vaiheita, muunnetaan glukoosi ja muut sokerit. Lisäksi muodostuu happea, joka vapautuu lehtiä.

Joidenkin suolojen liuokset

Jos natriumkloridi liuotetaan veteen, lasin tai astian ulkoisessa lämpötilassa ei havaita merkittäviä muutoksia.

Jotkut suolat, kuten kalsiumkloridi, CaCl ₂, nostaa veden lämpötila seurauksena suuri hydratoitumisen Ca ^{2 +} ioneja. Ja muut suolat, kuten ammoniumnitraatti tai kloridi, NH ₄ NO ₃ ja NH ₄ Cl, lämpötilan alentamiseksi veden ja jäähdytetään sen ympäristössä.

Luokkahuoneissa kotikokeet tehdään usein liuottamalla osa näistä suoloista osoittaakseen, mikä on endoterminen reaktio.

Lämpötilan lasku johtuu siitä, että hydratoitumisen NH ₄ ⁺ ioneja ei suosita vastaan liukeneminen kiteisen järjestelyjä niiden suolat. Tämän seurauksena suolat absorboivat veden lämpöä ionien solvaation mahdollistamiseksi.

Toinen kemiallinen reaktio, joka on yleensä hyvin yleinen tämän osoittamiseksi, on seuraava:

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

Huomaa muodostuneen veden määrä. Kun molemmat kiinteät aineet sekoitetaan, vesiliuosta Ba (NO ₃) _{2 saadaan}, jossa ammoniakin haju, ja lämpötila laskee niin, että se kirjaimellisesti jäätyy ulkopinnan säiliön.

Terminen hajoaminen

Yksi yleisimmistä terminen dekompositiot on, että natriumbikarbonaattia, NaHCO ₃, tuottaa CO ₂ ja vesi kuumennettaessa. Monet kiinteät aineet, mukaan lukien karbonaatit, usein hajottaa vapautumiseen CO ₂ ja vastaava oksidi. Esimerkiksi kalsiumkarbonaatin hajoaminen on seuraava:

CaCO ₃ + Q => CaO + CO ₂

Sama pätee magnesiumin, strontiumin ja bariumkarbonaattien kanssa.

On tärkeää huomata, että lämpöhajoaminen eroaa palamisesta. Ensimmäisessä ei ole syttymistä tai lämpöä vapautuu, kun taas toisessa ei ole; ts. palaminen on eksoterminen reaktio, vaikka se vaatii alkuperäisen lämmönlähteen tapahtuvan tai tapahtuvan spontaanisti.

Ammoniumkloridi vedessä

Kun pieni määrä ammoniumkloridia (NH4Cl) liuotetaan veteen koeputkessa, putki muuttuu aikaisempaa kylmemmäksi. Tämän kemiallisen reaktion aikana lämpö absorboituu ympäristöstä.

Natriumtriosulfaatti

Kun kiteitä natriumtiosulfaattia (Na ₂ S ₂ O ₃.5H ₂ O), jota yleisesti kutsutaan hypo, liukenevat veteen, viilentävä vaikutus ilmenee.

Automoottorit

Bensiinin tai dieselpolttoaineen polttaminen auto-, kuorma-auto-, traktori- tai linja-autojen moottoreissa tuottaa mekaanista energiaa, jota käytetään näiden ajoneuvojen liikkeessä.

Kiehuvat nesteet

Laittamalla neste lämmölle, se saa energiaa ja siirtyy kaasumaiseen tilaan.

Keitä muna

Lämpöä käytettäessä munaproteiinit denaturoituvat, muodostaen kiinteän rakenteen, joka yleensä nautitaan.

Ruoanlaitto

Yleensä aina keitettäessä lämpöä ruoan ominaisuuksien muuttamiseksi tapahtuu endotermisiä reaktioita.

Nämä reaktiot aiheuttavat ruoan pehmenemisen, muovautuvan massan muodostumisen, niiden sisältämien komponenttien vapauttamisen muun muassa.

Ruoan lämmittäminen mikroaaltouunissa

Mikroaaltosäteilyn takia elintarvikkeiden vesimolekyylit imevät energiaa, alkavat väriseä ja nostavat ruuan lämpötilaa.

Lasin muovaus

Lasin absorboima lämpö tekee lasin liitoksista joustavat, mikä helpottaa muodon muuttamista.

Kynttilän kulutus

Kynttilävaha sulaa absorboimalla lämmön liekistä ja muuttamalla sen muotoa.

Kuuman veden puhdistus

Kun käytät kuumaa vettä rasvalla tahrattujen esineiden, kuten ruukkujen tai vaatteiden, puhdistamiseen, rasva ohenee ja on helpompi poistaa.

Ruoan ja muiden esineiden lämpösterilointi

Kuumennettaessa esineitä tai ruokaa, niiden sisältämät mikro-organismit myös nostavat lämpötilaa.

Kun lämpöä syötetään paljon, mikrobisoluissa tapahtuu reaktioita. Monet näistä reaktioista, kuten sidosten katkeaminen tai proteiinien denaturointi, lopulta tappavat mikro-organismit.

Taistele kuumailmainfektioita

Kuume ilmenee, koska keho tuottaa lämpöä, joka tarvitaan tappamaan bakteereja ja viruksia, jotka aiheuttavat infektioita ja aiheuttavat sairauksia.

Jos syntyvää lämpöä ja kuumetta on korkea, myös ruumiin solut kärsivät ja on kuoleman riski.

Veden haihtuminen

Kun vesi haihtuu ja muuttuu höyryksi, se johtuu ympäristön vastaanottamasta lämmöstä. Kun kukin vesimolekyyli vastaanottaa lämpöenergiaa, sen värähtelyenergia kasvaa pisteeseen, jossa se voi liikkua vapaasti, muodostaen höyryä.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia. (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. Wikipedia. (2018). Endoterminen prosessi. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, tohtori Anne Marie (27. joulukuuta 2018). Endotermiset reaktio-esimerkit. Palautettu osoitteesta: gondo.com
4. Khan-akatemia. (2019). Endoterminen vs. eksotermiset reaktiot. Palautettu osoitteesta: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Mitä tapahtuu molekyylitasolla endotermisen reaktion aikana? Hearst Seattle Media. Palautettu osoitteesta: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Reaktion entalpian laskeminen muodostumisen entalpiaista. Palautettu osoitteesta: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Esimerkkejä endotermisestä reaktiosta. Palautettu osoitteesta:

   quimicas.net.