ENDOTERMIČKA REAKCIJA: KARAKTERISTIKE, JEDNADŽBE I PRIMJERI - KEMIJA - 2026

Cndotcrmni reakcija je onaj koji će se održati moraju apsorbirati energiju u obliku topline ili zračenja, od svoje okoline. Općenito, ali ne uvijek, njih se može prepoznati po padu temperature u njihovoj okolini; ili naprotiv, potreban im je izvor topline, poput one dobivene plamenom.

Apsorpcija energije ili topline je ono što ima zajedničke sve endotermičke reakcije; njihova je priroda, kao i preobrazbe koje su uključene vrlo raznolike. Koliko topline trebaju apsorbirati? Odgovor zavisi od njegove termodinamike: temperature na kojoj se reakcija događa spontano.

Taljenje ledenog stalaktita. Izvor: Pixabay

Na primjer, jedna od najizrazitijih endotermičkih reakcija je promjena stanja iz leda u tekuću vodu. Led treba apsorbirati toplinu dok njegova temperatura ne dosegne približno 0 ° C; pri toj temperaturi otapanje postaje spontano, a led će apsorbirati dok se potpuno ne rastopi.

U vrućim prostorima, kao što su na obali plaže, temperature su više i zato led brže apsorbira toplinu; to jest, topi se brže. Taljenje ledenjaka primjer je nepoželjne endotermičke reakcije.

Zašto se događa na ovaj način? Zašto se led ne može pojaviti kao vruća kruta tvar? Odgovor leži u prosječnoj kinetičkoj energiji molekula vode u oba stanja i kako oni međusobno djeluju putem svojih vodikovih veza.

U tekućoj vodi njegove molekule imaju veću slobodu kretanja nego u ledu, gdje vibriraju nepomično u svojim kristalima. Da bi se kretale, molekule moraju apsorbirati energiju na takav način da njihove vibracije prekidaju snažne usmjerene vodikove veze u ledu.

Iz tog razloga, led apsorbira toplinu da se rastopi. Da bi postojao "vrući led", vodikove veze trebale bi biti nenormalno jake da bi se rastopile na temperaturi iznad 0 ° C.

Karakteristike endotermičke reakcije

Promjena stanja nije pravilno kemijska reakcija; Međutim, događa se ista stvar: proizvod (tekuća voda) ima veću energiju od reaktanta (led). To je glavna karakteristika endotermičke reakcije ili procesa: proizvodi su energetski učinkovitiji od reaktanata.

Iako je to istina, to ne znači da proizvodi moraju nužno biti nestabilni. U slučaju da jest, endotermička reakcija prestaje biti spontana u svim uvjetima temperature ili pritiska.

Razmotrimo sljedeću kemijsku jednadžbu:

A + Q => B

Gdje Q predstavlja toplinu, obično izraženu u jedinicama joule (J) ili kalorijama (cal). Kako A apsorbira toplinu Q da bi se pretvorio u B, tada se kaže da je riječ o endotermičkoj reakciji. Dakle, B ima više energije od A i mora apsorbirati dovoljno energije da bi postigla svoju transformaciju.

Endotermički reakcijski dijagram za A i B. Izvor: Gabriel Bolívar

Kao što se može vidjeti na gornjem dijagramu, A ima manje energije od B. Količina topline Q koju apsorbira A je takva da nadvladava aktivacijsku energiju (energiju potrebnu da dosegne vrh ljubičastog vrha). Razlika u energiji između A i B je ono što je poznato kao entalpija reakcije, ΔH.

ΔH> 0

Sve endotermičke reakcije imaju gornji dijagram zajednički s obzirom da su proizvodi energičniji od reaktanata. Stoga je energetska razlika između njih, ΔH, uvijek pozitivna (H _Proizvod -H _Reaktivan > 0). Kako je to istina, mora postojati apsorpcija topline ili energije iz okoline za opskrbu tim energetskim potrebama.

I kako se interpretiraju takvi izrazi? U kemijskoj reakciji, veze se uvijek razbijaju kako bi stvorile nove. Da biste ih razbili, potrebno je apsorbiranje energije; to jest, to je endotermički korak. U međuvremenu, stvaranje veza podrazumijeva stabilnost, pa je to egzotermni korak.

Kad nastale veze ne daju stabilnost usporedivu s količinom energije potrebne za prekid starih veza, to je endotermička reakcija. Zbog toga je potrebna dodatna energija za promicanje pucanja najstabilnijih veza u reaktantima.

S druge strane, u egzotermnim reakcijama događa se suprotno: toplina se oslobađa, a ΔH je <1 (negativno). Ovdje su proizvodi stabilniji od reaktanata, a dijagram između A i B mijenja oblik; sada je B ispod A, a energija aktivacije je manja.

Oni hlade svoju okolinu

Iako se ne odnosi na sve endotermičke reakcije, nekoliko njih uzrokuje pad temperature okoline. To je zato što apsorbirana toplina dolazi odnekud. Prema tome, ako bi se pretvorba A i B trebala dogoditi unutar spremnika, ona bi se ohladila.

Što je reakcija endotermičnija, spremnik i njegova okolina postat će hladniji. Zapravo, neke su reakcije čak sposobne oblikovati tanki sloj leda, kao da su izašle iz hladnjaka.

Međutim, postoje reakcije ovog tipa koje ne hlade okolinu. Zašto? Jer okolna toplina nije dovoljna; to jest, on ne daje potreban Q (J, cal) koji je napisan kemijskim jednadžbama. Prema tome, to je slučaj kad uđe vatra ili UV zračenje.

Između dva scenarija može nastati mala zbrka. S jedne strane, toplina iz okoline je dovoljna da se reakcija spontano odvija, i primjećuje se hlađenje; s druge strane potrebno je više topline i koristi se učinkovita metoda grijanja. U oba slučaja događa se isto: apsorbira se energija.

jednadžbe

Koje su relevantne jednadžbe u endotermičkoj reakciji? Kao što je već objašnjeno, ΔH mora biti pozitivan. Da bismo ga izračunali, prvo se razmatra sljedeća kemijska jednadžba:

aA + bB => cC + dD

Gdje su A i B reaktanti, a C i D su produkti. Mala slova (a, b, c i d) su stehiometrijski koeficijenti. Za izračunavanje ΔH ove generičke reakcije primjenjuje se sljedeći matematički izraz:

ΔH _proizvodi - ΔH _reagensi = ΔH _rxn

Možete nastaviti direktno ili izračunati odvojeno. Za ΔH _proizvode mora se izračunati sljedeća suma:

c ΔH _f C + d ΔH _f D

Gdje je ΔH _f entalpija stvaranja svake tvari uključene u reakciju. Po konvenciji tvari u najstabilnijim oblicima imaju ΔH _f = 0. Na primjer, molekule O ₂ i H ₂ ili krutog metala, imaju §H _f = 0.

Isti izračun je sada učinio za reaktante * H _Reagensi:

a ΔH _f A + b ΔH _f B

Ali budući da jednadžba kaže da se ΔH _reagensi moraju oduzeti od ΔH _proizvoda, tada se gornji zbroj mora pomnožiti s -1. Dakle, imate:

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

Ako je rezultat ovog izračuna pozitivan broj, to je endotermička reakcija. A ako je negativna, to je egzotermna reakcija.

Primjeri uobičajenih endotermičkih reakcija

Isparavanje suhog leda

Suhi led. Izvor: Nevit, iz Wikimedia Commons

Svatko tko je ikad vidio one bijele pare koje proizlaze iz kolica za sladoled svjedočio je jednom od najčešćih primjera endotermičke "reakcije".

Osim nekih sladoleda, te pare oslobođene od bijele čvrste tvari, nazvane suhi led, također su dio scenarija za stvaranje efekta izmaglice. Ovaj suhi led nije ništa drugo nego kruti ugljični dioksid, koji pri apsorpciji temperature i vanjskog tlaka počinje sublimirati.

Eksperiment za dječju publiku bio bi napuniti i zapečati vrećicu suhim ledom. Nakon nekog vremena, to će završiti napuhivanje zbog plinovitog CO ₂, koji generira rad preše ili unutarnje stijenke vrećice od atmosferskog tlaka.

Pečenje kruha ili kuhanje hrane

Pečeni kruh. Izvor: Pixabay

Pečenje kruha primjer je kemijske reakcije, jer sada dolazi do kemijskih promjena zbog vrućine. Svatko tko je osjetio aromu svježe pečenih kruhova, zna da se događa endotermička reakcija.

Tijesto i svi njegovi sastojci trebaju toplinu u pećnici da izvrši sve transformacije, neophodne da postane kruh i pokaže svoje tipične karakteristike.

Osim kruha, kuhinja je prepuna primjera endotermičkih reakcija. Tko kuha kuha, s njima se bavi svakodnevno. Kuhanje tjestenine, omekšavanje koštica, zagrijavanje kukuruznih koštica, kuhanje jaja, začinjanje mesa, pečenje kolača, izrada čaja, grijanje sendviča; svaka od tih aktivnosti su endotermičke reakcije.

Sunčanje

Kornjače dobivaju sunčanu kupku. Izvor: Pixabay

Koliko god se činilo jednostavnim i uobičajenim, sunčanje određenih gmazova, poput kornjača i krokodila, spada u kategoriju endotermičkih reakcija. Kornjače apsorbiraju toplinu od sunca radi regulacije svoje tjelesne temperature.

Bez sunca zadržavaju toplinu vode kako bi zadržali toplinu; koja završava hlađenjem vode u vašim ribnjacima ili spremnicima za ribu.

Reakcija atmosferskog dušika i stvaranja ozona

Munja. Izvor: Pixabay

Zrak se uglavnom sastoji od dušika i kisika. Tijekom oluje, takav se oslobađa energija koja se može probiti jake veze koje drže zajedno atoma dušika u N ₂ molekule:

N ₂ + O ₂ + Q => 2NO

S druge strane, kisik može apsorbirati ultraljubičasto zračenje i postati ozon; alotrop kisika koji je vrlo koristan u stratosferi, ali štetan za život na razini tla. Reakcija je:

3O ₂ + v => 2O ₃

Gdje v znači ultraljubičasto zračenje. Mehanizam iza te jednostavne jednadžbe vrlo je složen.

Elektroliza vode

Elektroliza koristi električnu energiju za odvajanje molekule u njezine elemente ili molekule. Na primjer, pri elektrolizi vode stvaraju se dva plina: vodik i kisik, svaki u različitim elektrodama:

2H ₂ O => 2H ₂ + O ₂

Također, natrijev klorid može biti podvrgnut istoj reakciji:

2NaCl => 2Na + Cl ₂

U jednoj elektrodi vidjet ćete stvaranje metalnog natrija, a u drugoj zelenkaste mjehuriće klora.

Fotosinteza

Biljke i drveće trebaju apsorbirati sunčevu svjetlost kao opskrbu energijom za sintetizaciju svojih biomaterijala. Za to koristi CO ₂ i vodu kao sirovine, koje se kroz dugi niz koraka pretvaraju u glukozu i druge šećere. Pored toga nastaje kisik koji se oslobađa iz lišća.

Otopine nekih soli

Ako se natrijev klorid otopi u vodi, neće se primijetiti značajne promjene u vanjskoj temperaturi čaše ili posude.

Neke soli, kao što su kalcijev klorid, CaClz ₂, povećanje temperature vode kao rezultat velikog hidratacije od Ca ²⁺ iona. I druge soli, kao što su amonijev nitrat ili klorid, NH ₄ NO ₃ i NH ₄ Cl, niže temperature vode i ohladi na okolinu.

U učionicama se kućni eksperimenti često rade otapanjem neke od ovih soli kako bi se pokazalo što je endotermna reakcija.

Pad temperature zbog činjenice da se hidracija NH su ₄ ⁺ iona nije se preferiraju protiv otapanja kristalnih aranžmana njihovih soli. Slijedom toga, soli apsorbiraju toplinu iz vode da bi se ioni mogli otapati.

Druga kemijska reakcija koja se obično može dokazati je sljedeća:

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

Obratite pažnju na količinu vode koja se formira. Kada su obje krutine se pomiješa, vodena otopina Ba (NO ₃) _{2 se dobije}, s mirisom amonijaka i s padom temperature tako da doslovce smrzava na vanjsku površinu posude.

Toplinska raspadanja

Jedna od najčešćih termičkih razgradnji je natrij bikarbonat, NaHCO ₃, da se dobije CO ₂ i voda kada se zagrijavaju. Mnoge krute tvari, uključujući karbonate, često se razgrađuju da bi oslobađale CO ₂ i odgovarajući oksid. Na primjer, razgradnja kalcijevog karbonata je sljedeća:

CaCO ₃ + Q => CaO + CO ₂

Isto vrijedi i za magnezijev, stroncijev i barijev karbonat.

Važno je napomenuti da se toplinsko raspadanje razlikuje od izgaranja. U prvom nema prisutnosti paljenja ili se oslobađa toplina, dok u drugom nema; to jest izgaranje je egzotermna reakcija, čak i kad zahtijeva da se početni izvor topline dogodi ili da se dogodi spontano.

Amonijev klorid u vodi

Kada se mala količina amonijevog klorida (NH4Cl) otopi u vodi u epruveti, epruveta postaje hladnija nego prije. Tijekom ove kemijske reakcije, toplina se apsorbira iz okoliša.

Natrijev triosulfat

Kada kristali natrijevog tiosulfata (Na ₂ S ₂ O ₃ 5H ₂ O), obično naziva hipo, otopi se u vodi, dobiva se učinak hlađenja.

Motori automobila

Izgaranje benzina ili dizela u motorima automobila, kamiona, traktora ili autobusa proizvodi mehaničku energiju koja se koristi u prometu ovih vozila.

Vrela tekućina

Stavljanjem tekućine na toplinu, on dobija energiju i prelazi u plinovito stanje.

Skuhajte jaje

Primjenjujući toplinu, proteini jaja se denaturiraju, tvoreći čvrstu strukturu koja se obično guta.

Kuhanje hrane

Općenito, uvijek se kod kuhanja s toplinom radi promjene svojstava hrane događaju endotermičke reakcije.

Te reakcije uzrokuju da hrana postane mekša, stvori masnu masu, između ostalog otpušta sastojke koje sadrže.

Grijanje hrane u mikrovalnoj

Zbog mikrovalnog zračenja, molekule vode u hrani apsorbiraju energiju, počinju vibrirati i povećavaju temperaturu hrane.

Oblikovanje stakla

Apsorpcija topline čašom čini zglobove fleksibilnim, čineći oblik lakšim za promjenu.

Potrošnja svijeće

Vosak za svijeće topi se upijajući toplinu iz plamena, mijenjajući svoj oblik.

Čišćenje tople vode

Kada koristite vruću vodu za čišćenje predmeta obojenih masnoćom, poput lonaca ili odjeće, mast postaje tečnija i lakše se uklanja.

Toplinska sterilizacija hrane i drugih predmeta

Pri zagrijavanju predmeta ili hrane mikroorganizmi koje sadrže također povećavaju temperaturu.

Kada se daje puno topline, nastaju reakcije unutar mikrobnih stanica. Mnoge od tih reakcija, poput pucanja veza ili denaturacije proteina, na kraju ubijaju mikroorganizme.

Borite se protiv infekcije groznicom

Kada se pojavi groznica, to je zbog toga što tijelo proizvodi toplinu potrebnu za ubijanje bakterija i virusa koji uzrokuju infekcije i uzrokuju bolest.

Ako je proizvedena toplina velika, a groznica visoka, utječu i stanice tijela i postoji opasnost od smrti.

Isparavanje vode

Kada voda isparava i pretvara se u paru, to je zbog topline koju prima iz okoliša. Kako toplinska energija prima svaku molekulu vode, njezina se vibracijska energija povećava do točke u kojoj se može slobodno kretati, stvarajući paru.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Wikipedia. (2018.). Endotermički proces. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (27. prosinca 2018.). Primjeri endotermičke reakcije. Oporavilo od: misel.com
4. Khan Akademija. (2019). Endotermički vs. egzotermne reakcije. Oporavilo sa: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Što se događa na molekularnoj razini tijekom endotermičke reakcije? Najdraži Seattle mediji. Oporavak od: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Proračun entalpije reakcije iz entalpija formacije. Oporavilo od: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Primjeri endotermičke reakcije.

   Oporavilo od: quimicas.net.