ENDOTERMINĖ REAKCIJA: CHARAKTERISTIKOS, LYGTYS IR PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025

Endoterminis yra vienas, kad turi įvykti turi sugerti energiją, šilumos ar spinduliuotės forma, iš jo apylinkėse. Paprastai, bet ne visada, juos galima atpažinti pagal jų aplinkos temperatūros kritimą; arba, priešingai, jiems reikalingas šilumos šaltinis, toks, koks gaunamas deginant liepsną.

Energijos ar šilumos absorbcija yra tai, ką turi visos endoterminės reakcijos; jų prigimtis, taip pat ir susijusios transformacijos, yra labai įvairios. Kiek šilumos jie turėtų sugerti? Atsakymas priklauso nuo jo termodinamikos: temperatūros, kurioje reakcija vyksta spontaniškai.

Tirpstantis ledo stalaktitas. Šaltinis: „Pixabay“

Pavyzdžiui, viena iš emblemingesnių endoterminių reakcijų yra būsenos pakeitimas iš ledo į skystą vandenį. Ledas turi absorbuoti šilumą, kol jo temperatūra pasieks maždaug 0ºC; esant tokiai temperatūrai jo tirpimas tampa savaiminis, o ledas imsis, kol visiškai ištirps.

Karštose vietose, tokiose kaip paplūdimio krantai, temperatūra yra aukštesnė, todėl ledas greičiau sugeria šilumą; tai yra, jis lydosi greičiau. Ledynų tirpimas yra nepageidaujamos endoterminės reakcijos pavyzdys.

Kodėl taip nutinka? Kodėl ledas negali pasirodyti kaip karšta kieta medžiaga? Atsakymas slypi vandens molekulių vidutinėje kinetinėje energijoje abiejose būsenose ir kaip jos sąveikauja tarpusavyje per savo vandenilio ryšius.

Skystame vandenyje jo molekulės turi didesnę judėjimo laisvę nei lede, kur jos kristaluose nejudančiai vibruoja. Norėdami judėti, molekulės turi sugerti energiją taip, kad jų virpesiai sulaužytų stiprius kryptinius vandenilio ryšius lede.

Dėl šios priežasties ledas sugeria šilumą, kad ištirptų. Kad egzistuotų „karštas ledas“, vandenilio jungtys turėtų būti neįprastai stiprios, kad lydytųsi aukštesnėje nei 0ºC temperatūroje.

Endoterminės reakcijos charakteristika

Būsenos pasikeitimas nėra tinkamai cheminė reakcija; Tačiau atsitinka tas pats: produktas (skystas vanduo) turi didesnę energiją nei reagentas (ledas). Tai yra pagrindinė endoterminės reakcijos ar proceso savybė: produktai yra energingesni nei reagentai.

Nors tai tiesa, tai nereiškia, kad produktai būtinai turi būti nestabilūs. Tokiu atveju endoterminė reakcija nustoja būti savaiminė bet kokiomis temperatūros ar slėgio sąlygomis.

Apsvarstykite šią cheminę lygtį:

A + Q => B

Kur Q žymi šilumą, paprastai išreiškiant džauliais (J) arba kalorijomis (cal). Kai A sugeria šilumą Q, virsdamas B, tada sakoma, kad tai yra endoterminė reakcija. Taigi B turi daugiau energijos nei A ir turi absorbuoti pakankamai energijos savo transformacijai pasiekti.

A ir B endoterminės reakcijos schema. Šaltinis: Gabriel Bolívar

Kaip matyti iš aukščiau pateiktos diagramos, A turi mažiau energijos nei B. Šilumos Q kiekis, kurį sugeria A, yra toks, kad jis įveikia aktyvacijos energiją (energiją, reikalingą purpurinės viršūnės viršuje pasiekti). Energijos skirtumas tarp A ir B yra tai, kas vadinama reakcijos entalpija ΔH.

ΔH> 0

Visos endoterminės reakcijos turi aukščiau pateiktą diagramą, nes produktai yra energingesni nei reagentai. Todėl energijos skirtumas tarp jų ΔH visada yra teigiamas (H _produktas –H _reaktyvus > 0). Kaip tai tiesa, norint patenkinti šį energijos poreikį, reikia absorbuoti šilumą ar energiją iš aplinkos.

Ir kaip tokios išraiškos aiškinamos? Vykstant cheminei reakcijai, jungtys visada nutrūksta, kad būtų sukurti nauji. Norint juos sulaužyti, būtina absorbuoti energiją; tai yra, tai yra endoterminis žingsnis. Tuo tarpu obligacijų formavimasis reiškia stabilumą, taigi tai yra egzoterminis žingsnis.

Kai susidariusios jungtys nesuteikia stabilumo, palyginamo su energijos kiekiu, reikalingu seniems ryšiams sulaužyti, tai yra endoterminė reakcija. Štai kodėl reikalinga papildoma energija, kad būtų galima nutraukti stabiliausias jungtis reagentuose.

Kita vertus, egzoterminėse reakcijose vyksta priešingai: išsiskiria šiluma, o ΔH yra <1 (neigiama). Produktai yra stabilesni nei reagentai, o diagrama tarp A ir B keičia formą; dabar B yra žemiau A, o aktyvacijos energija yra mažesnė.

Jie vėsina savo aplinką

Nors ji netaikoma visoms endoterminėms reakcijoms, kai kurios iš jų sukelia aplinkos temperatūros sumažėjimą. Taip yra todėl, kad absorbuota šiluma ateina iš kažkur. Taigi, jei A ir B konversija įvyktų konteinerio viduje, ji atvėstų.

Kuo endoterminė reakcija, tuo šaltesnis bus indas ir jo aplinka. Tiesą sakant, kai kurios reakcijos gali suformuoti net ploną ledo sluoksnį, tarsi jie būtų išėję iš šaldytuvo.

Tačiau yra šio tipo reakcijų, kurios neatvėsina jų aplinkos. Kodėl? Nes nepakankama aplinkinių šiluma; y., jis nepateikia reikiamo Q (J, cal), kuris parašytas cheminėmis lygtimis. Todėl tai yra tada, kai patenka ugnis ar UV spinduliai.

Tarp šių dviejų scenarijų gali kilti šiek tiek painiavos. Viena vertus, šilumos iš aplinkos yra pakankamai, kad reakcija vyktų spontaniškai, ir pastebimas aušinimas; o kita vertus, reikia daugiau šilumos ir naudojamas efektyvus šildymo būdas. Abiem atvejais atsitinka tas pats: energija yra absorbuojama.

Lygtys

Kokios yra svarbios endoterminės reakcijos lygtys? Kaip jau paaiškinta, ΔH turi būti teigiamas. Jai apskaičiuoti pirmiausia atsižvelgiama į šią cheminę lygtį:

aA + bB => cC + dD

Kur A ir B yra reagentai, o C ir D yra produktai. Mažosios raidės (a, b, c ir d) yra stechiometriniai koeficientai. Norint apskaičiuoti šios bendrosios reakcijos ΔH, taikoma ši matematinė išraiška:

ΔH _produktai - ΔH _reagentai = ΔH _rxn

Galite tęsti tiesiogiai arba atlikti skaičiavimus atskirai. ΔH _gaminiams reikia apskaičiuoti šią sumą:

c ΔH _f C + d ΔH _f D

Kur ΔH _-f yra formavimosi kiekvieno dalyvaujančio reakcija medžiagos entalpija. Pagal susitarimą stabiliausių formų medžiagos turi ΔH _f = 0. Pavyzdžiui, molekulės O ₂ ir H ₂ , arba kieto metalo, turi ΔH _f = 0.

Tas pats skaičiavimas atliekamas ir reagentams, ΔH _reagentams :

ΔH _f a + b ΔH _f B

Bet kadangi lygtis sako, kad ΔH _reagentai turi būti atimti iš ΔH _produktų , tada pirmiau nurodytą sumą reikia padauginti iš -1. Taigi jūs turite:

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

Jei šio skaičiavimo rezultatas yra teigiamas skaičius, tada tai yra endoterminė reakcija. Ir jei tai neigiama, tai yra egzoterminė reakcija.

Įprastų endoterminių reakcijų pavyzdžiai

Sauso ledo garinimas

Sausas ledas. Šaltinis: „Nevit“, iš „Wikimedia Commons“

Kiekvienas, kas kada nors matė tuos baltus dūmus, sklindančius iš ledų krepšelio, buvo vienas iš labiausiai paplitusių endoterminės „reakcijos“ pavyzdžių.

Be kai kurių ledų, šie iš baltų kietų medžiagų išsiskiriantys garai, vadinami sausuoju ledu, taip pat buvo scenarijaus dalis, siekiant sukurti miglos efektą. Šis sausas ledas yra ne kas kita kaip kietas anglies dioksidas, kuris, sugerdamas temperatūrą ir išorinį slėgį, pradeda sublimuoti.

Vaikų auditorijos eksperimentas būtų užpildyti ir užklijuoti maišą sausu ledu. Po kurio laiko jis išpūstas dėl dujinio CO ₂ , kuris sukuria darbą arba prispaudžia maišelio vidines sienas nuo atmosferos slėgio.

Duonos kepimas ar maisto gaminimas

Kepta duona. Šaltinis: „Pixabay“

Duonos kepimas yra cheminės reakcijos pavyzdys, nes dabar dėl karščio vyksta cheminiai pokyčiai. Kiekvienas, užuodęs ką tik iškeptų duonos aromatą, žino, kad vyksta endoterminė reakcija.

Tešlai ir visoms jos sudedamosioms dalims reikalinga orkaitės šiluma, kad būtų galima atlikti visus pertvarkymus, būtinus norint tapti duona ir pasižymėti tipiškomis savybėmis.

Be duonos, virtuvėje gausu endoterminių reakcijų pavyzdžių. Kas gamina, su jais bendrauja kasdien. Makaronų kepimas, kruopų minkštinimas, kukurūzų grūdų kaitinimas, kiaušinių kepimas, mėsos pagardinimas, pyrago kepimas, arbatos gaminimas, sumuštinių kaitinimas; kiekviena iš šių veiklų yra endoterminės reakcijos.

Degintis

Vėžliai gauna saulės vonią. Šaltinis: „Pixabay“

Kai kurie roplių, tokių kaip vėžliai ir krokodilai, saulės vonios, tokios paprastos ir įprastos, kokios gali atrodyti, patenka į endoterminių reakcijų kategoriją. Vėžliai sugeria saulės šilumą, kad galėtų reguliuoti savo kūno temperatūrą.

Be saulės, jie sulaiko vandens šilumą, kad būtų šilta; kuris baigiasi aušinant vandenį tvenkiniuose ar žuvų rezervuaruose.

Atmosferos azoto ir ozono susidarymo reakcija

Žaibas. Šaltinis: „Pixabay“

Oro daugiausia sudaro azotas ir deguonis. Elektrinių audrų metu išsiskiria tokia energija, kad ji gali nutraukti stiprius ryšius, kurie kartu laiko azoto atomus N ₂ molekulėje :

N ₂ + O ₂ + Q => 2NO

Kita vertus, deguonis gali absorbuoti ultravioletinę spinduliuotę ir tapti ozonu; allotrope deguonies, kuri yra labai naudinga stratosferoje, bet kenkia gyvybei žemės lygyje. Reakcija yra tokia:

3O ₂ + v => 2O ₃

Kur v reiškia ultravioletinę spinduliuotę. Šios paprastos lygties mechanizmas yra labai sudėtingas.

Vandens elektrolizė

Elektrolizė naudoja molekulių atskyrimą į ją sudarančius elementus ar molekules. Pavyzdžiui, elektrolizuojant vandenį susidaro dvi dujos: vandenilis ir deguonis, kiekvienas iš jų yra skirtinguose elektroduose:

2H ₂ O => 2H ₂ + O ₂

Natrio chloridas taip pat gali reaguoti:

2NaCl => 2NA + Cl ₂

Viename elektrode matysite metalinio natrio susidarymą, o kitame - žalsvus chloro burbuliukus.

Fotosintezė

Augalai ir medžiai turi absorbuoti saulės spindulius, kad galėtų sintetinti savo biomedžiagas. Tam jis naudoja CO ₂ ir vandenį kaip žaliavas , kurios per ilgas pakopas virsta gliukoze ir kitu cukrumi. Be to, susidaro deguonis, kuris išsiskiria iš lapų.

Kai kurių druskų tirpalai

Jei natrio chloridas ištirpsta vandenyje, stiklo ar talpyklos išorės temperatūros pokyčių nepastebėsite.

Kai kurios druskos, tokios kaip kalcio chloridas, CaCl ₂ , padidina vandens temperatūrą dėl didelės Ca ²⁺ jonų hidratacijos . Ir kitos druskos, tokios kaip amonio salietros ar chloridas, NH ₄ NO ₃ ir NH ₄ Cl, nuleidžia vandens temperatūrą ir vėsina jo apylinkes.

Klasėse namų eksperimentai dažnai daromi ištirpinant kai kurias iš šių druskų, kad būtų parodyta, kokia yra endoterminė reakcija.

Temperatūros kritimas yra susijęs su tuo, kad NH ₄ ⁺ jonų hidratacija nėra palanki prieš jų druskų kristalinių kompozicijų ištirpimą. Taigi druskos sugeria iš vandens šilumą, kad jonai būtų solvatuojami.

Kita cheminė reakcija, kuri paprastai yra labai įprasta tai įrodyti, yra ši:

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

Atkreipkite dėmesį į susidariusio vandens kiekį. Sumaišius abi kietąsias medžiagas, gaunamas Ba (NO ₃ ) ₂ vandeninis tirpalas , turintis amoniako kvapą ir mažėjančią temperatūrą, kad jis tiesiogine prasme užšaldytų indo išorinį paviršių.

Terminis skilimas

Vienas iš labiausiai paplitusių šiluminio skaidymosi yra natrio bikarbonatas NaHCO ₃ , kad būtų galima gauti CO ₂ ir vandenį kaitinant. Daugybė kietų medžiagų, įskaitant karbonatus, dažnai suskyla, kad išskiria CO ₂ ir atitinkamą oksidą. Pavyzdžiui, kalcio karbonatas skyla taip:

CaCO ₃ + Q => CaO + CO ₂

Tas pats pasakytina apie magnio, stroncio ir bario karbonatus.

Svarbu pažymėti, kad šiluminis skilimas skiriasi nuo degimo. Pirmajame nėra uždegimo arba išsiskiria šiluma, o antrame - nėra; tai yra, degimas yra egzoterminė reakcija, net kai reikia, kad pradinis šilumos šaltinis vyktų arba vyktų savaime.

Amonio chloridas vandenyje

Kai nedidelis kiekis amonio chlorido (NH4Cl) ištirpinamas vandenyje mėgintuvėlyje, mėgintuvėlis tampa šaltesnis nei anksčiau. Šios cheminės reakcijos metu šiluma absorbuojama iš aplinkos.

Natrio triosulfatas

Kai natrio tiosulfato (Na ₂ S ₂ O _{3. 5} H ₂ O) kristalai , paprastai vadinami hipo, ištirpsta vandenyje, atsiranda aušinimo efektas.

Automobilių varikliai

Deginant benziną ar dyzeliną automobilių, sunkvežimių, vilkikų ar autobusų varikliuose gaunama mechaninė energija, naudojama šių transporto priemonių apyvartoje.

Verdantys skysčiai

Šildant skysčiu, jis įgyja energijos ir pereina į dujinę būseną.

Virkite kiaušinį

Kai veikia šiluma, kiaušinių baltymai denatūruojami, sudarydami kietą struktūrą, kuri paprastai praryjama.

Maisto gaminimas

Apskritai, visada kepant karščiu, norint pakeisti maisto savybes, vyksta endoterminės reakcijos.

Šios reakcijos lemia, kad maistas tampa minkštesnis, formuojasi kaliojo masė, be kita ko, išsiskiria juose esantys komponentai.

Maisto šildymas mikrobangų krosnelėje

Dėl mikrobangų spinduliuotės maiste esančios vandens molekulės sugeria energiją, pradeda vibruoti, didėja maisto temperatūra.

Stiklo liejimas

Stiklas sugeria šilumą, todėl jo jungtys yra lanksčios, todėl jo formą lengviau pakeisti.

Žvakės sunaudojimas

Žvakių vaškas tirpsta sugerdamas šilumą nuo liepsnos, pakeisdamas savo formą.

Karšto vandens valymas

Kai valote tepalu suteptus daiktus, tokius kaip puodai ar drabužiai, naudodami karštą vandenį, tepalas tampa plonesnis ir lengviau pašalinamas.

Maisto ir kitų daiktų sterilizavimas termiškai

Šildant daiktus ar maistą, juose esantys mikroorganizmai taip pat padidina jų temperatūrą.

Kai tiekiama daug šilumos, mikrobų ląstelėse vyksta reakcijos. Daugelis šių reakcijų, tokių kaip ryšių nutrūkimas ar baltymų denatūravimas, užmuša mikroorganizmus.

Kovok su karščiavimu

Kai atsiranda karščiavimas, tai yra todėl, kad kūnas gamina šilumą, reikalingą bakterijoms ir virusams, kurie sukelia infekcijas ir sukelia ligas, sunaikinti.

Jei išsiskiria didelis karštis, o karščiavimas yra didelis, paveikiamos ir kūno ląstelės ir yra mirties pavojus.

Vandens garinimas

Kai vanduo išgaruoja ir virsta garais, tai lemia šiluma, kurią jis gauna iš aplinkos. Šilumos energiją gaudamas kiekviena vandens molekulė, jos vibracijos energija padidėja iki vietos, kur ji gali laisvai judėti ir sukuria garą.

Nuorodos

1. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
2. Vikipedija. (2018 m.). Endoterminis procesas. Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Gruodžio 27 d.). Endoterminės reakcijos pavyzdžiai. Atgauta iš: thinkco.com
4. Khano akademija. (2019 m.). Endoterminis vs. egzoterminės reakcijos. Atkurta iš: khanacademy.org
5. Sermas Murmsonas. (2019 m.). Kas nutinka molekuliniame lygmenyje endoterminės reakcijos metu? „Hearst“ Sietlo žiniasklaida. Atkurta iš: education.seattlepi.com
6. „QuimiTube“. (2013). Reakcijos entalpijos apskaičiavimas pagal susidarymo entalpijas. Atkurta iš: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Endoterminės reakcijos pavyzdžiai. Atkurta iš:
   quimicas.net.