Характеристики эндотермических реакций, уравнения и примеры

эндотермическая реакция это то, что должно иметь место для поглощения энергии в форме тепла или излучения из окружающей среды. Как правило, хотя и не всегда, их можно узнать по падению температуры в окружающей среде; или наоборот, они нуждаются в источнике тепла, подобном тому, который получен горящим пламенем.

Поглощение энергии или тепла - это то, что объединяет все эндотермические реакции; Природа того же самого, а также связанные с ним преобразования весьма разнообразны. Сколько тепла они должны поглощать? Ответ зависит от его термодинамики: температура, при которой реакция происходит самопроизвольно.

Например, одной из наиболее характерных эндотермических реакций является изменение состояния со льда на жидкую воду. Лед должен поглощать тепло, пока его температура не достигнет приблизительно 0ºC; при этой температуре его таяние становится самопроизвольным, и лед будет поглощать, пока он полностью не растает.

В жарких местах, например на берегах пляжа, температура выше, и поэтому лед быстрее поглощает тепло; то есть он плавится с большей скоростью. Таяние ледников является примером нежелательной эндотермической реакции.

Почему так происходит? Почему лед не может быть представлен как горячее тело? Ответ заключается в средней кинетической энергии молекул воды в обоих состояниях и в том, как они взаимодействуют друг с другом через свои водородные связи..

В жидкой воде ее молекулы имеют большую свободу движения, чем во льду, где они колеблются в своих кристаллах. Чтобы двигаться, молекулы должны поглощать энергию таким образом, что их вибрации разрушают сильные направленные водородные мосты во льду.

По этой причине лед поглощает тепло для таяния. Чтобы был «горячий лед», водородные мостики должны быть аномально прочными, чтобы таять при температуре значительно выше 0 ° C..

индекс

• 1 Характеристики эндотермической реакции
  • 1,1 ΔH> 0
  • 1.2 Охладите свое окружение
• 2 уравнения
• 3 Примеры распространенных эндотермических реакций
  • 3.1 Испарение сухого льда
  • 3.2 Выпечка хлеба или приготовление пищи
  • 3.3 загорать
  • 3.4 Реакция атмосферного азота и образования озона
  • 3.5 Электролиз воды
  • 3.6 Фотосинтез
  • 3.7 Растворы некоторых солей
  • 3.8. Термические разложения.
  • 3.9 Хлорид аммония в воде
  • 3.10 Триосульфат натрия
  • 3.11 Автомобильные двигатели
  • 3.12 кипящие жидкости
  • 3.13 Приготовление яйца
  • 3.14 Приготовление пищи
  • 3.15 Подогрев пищи в микроволновке
  • 3.16 Литье стекла
  • 3.17 Расход свечи
  • 3.18 Чистка горячей водой
  • 3.19 Тепловая стерилизация продуктов питания и других предметов
  • 3.20 Борьба с инфекциями с лихорадкой
  • 3.21 Испарение воды
• 4 Ссылки

Характеристики эндотермической реакции

Изменение состояния не является химической реакцией; однако происходит то же самое: продукт (жидкая вода) имеет больше энергии, чем реагент (лед). Это главная характеристика реакции или эндотермического процесса: продукты более энергичны, чем реагенты.

Хотя это правда, это не значит, что продукты обязательно должны быть нестабильными. В этом случае эндотермическая реакция перестает быть самопроизвольной при всех условиях температуры или давления.

Рассмотрим следующее химическое уравнение:

A + Q => B

Где Q представляет тепло, обычно выражаемое в единицах джоуля (Дж) или калорий (кал). Поскольку А поглощает тепло Q для превращения в В, тогда говорят, что это эндотермическая реакция. Таким образом, B имеет больше энергии, чем A, и должен поглощать достаточно энергии для достижения своего преобразования.

Как видно на диаграмме выше, A имеет меньше энергии, чем B. Количество тепла Q, которое поглощает A, таково, что оно преодолевает энергию активации (энергию, необходимую для достижения фиолетового верха с пунктирной крышей). Разность энергий между A и B - это то, что известно как энтальпия реакции, ΔH.

ΔH> 0

Все эндотермические реакции имеют общую предыдущую диаграмму, поскольку продукты более энергичны, чем реагенты. Следовательно, разность энергий между ними, ΔH, всегда положительна (H_{продукт}-H_{реагент} > 0). Когда это правда, должно быть поглощение тепла или энергии из окружающей среды, чтобы удовлетворить эту энергетическую потребность.

И как такие выражения интерпретируются? В химической реакции связи всегда нарушаются, чтобы создать других. Чтобы сломать их, необходимо поглощение энергии; это эндотермический пассаж. Между тем, формирование связей подразумевает стабильность, поэтому это экзотермический шаг.

Когда образовавшиеся связи не обеспечивают стабильность, сравнимую с количеством энергии, необходимой для разрыва старых связей, это эндотермическая реакция. Вот почему необходима дополнительная энергия, чтобы способствовать разрыву наиболее стабильных связей в реагентах..

С другой стороны, в экзотермических реакциях происходит обратное: выделяется тепло, а ΔH < 1 (negativo). Aquí los productos son más estables que los reactivos, y el diagrama entre A y B cambia de forma; ahora B se ubica por debajo de A, y la energía de activación es menor.

Они охлаждают свое окружение

Хотя это не относится ко всем эндотермическим реакциям, некоторые из них вызывают снижение температуры окружающей среды. Это потому, что поглощенное тепло приходит откуда-то. Следовательно, если преобразовать А и В в контейнер, это охладит.

Чем более эндотермична реакция, тем холоднее становится контейнер и его окружение. На самом деле, некоторые реакции даже способны образовывать тонкое ледяное покрытие, как будто они вышли из холодильника..

Однако есть реакции этого типа, которые не охлаждают их окружение. Почему? Потому что тепло окружающей среды недостаточно; то есть он не обеспечивает необходимый Q (J, cal), который записан в химических уравнениях. Таким образом, именно здесь происходит попадание огня или ультрафиолетового излучения..

Небольшая путаница может возникнуть между обоими сценариями. С одной стороны, тепла окружающей среды достаточно для того, чтобы реакция протекала самопроизвольно, и наблюдается охлаждение; а с другой стороны, требуется больше тепла и используется эффективный метод нагрева. В обоих случаях происходит одно и то же: энергия поглощается.

уравнения

Каковы соответствующие уравнения в эндотермической реакции? Как уже объяснялось, ΔH должен быть положительным. Чтобы вычислить это, сначала рассматривается следующее химическое уравнение:

aA + bB => cC + dD

Где А и В являются реагентами, а С и D - продуктами. Строчные буквы (a, b, c и d) являются стехиометрическими коэффициентами. Для расчета ΔH этой общей реакции применяется следующее математическое выражение:

.DELTA.H_{производить}- .DELTA.H_{реагенты} = ΔH_RXN

Вы можете продолжить напрямую или сделать расчеты отдельно. Для ΔH_{производить} следующая сумма должна быть рассчитана:

c ΔH_FC + d ΔH_FD

Где ΔH_F это энтальпия образования каждого вещества, участвующего в реакции. По общему правилу вещества в их наиболее стабильных формах имеют ΔH_F= 0 Например, молекулы О₂ и H₂, или твердый металл, они имеют ΔH_F= 0.

Тот же самый расчет теперь сделан для реагентов, ΔH_{реагенты}:

до ΔH_FA + b ΔH_FВ

Но, как видно из уравнения, ΔH_{реагенты} должен быть вычтен из ΔH_{производить}, тогда предыдущая сумма должна быть умножена на -1. Итак, у вас есть:

c ΔH_FC + d ΔH_FD - (до ΔH_FA + b ΔH_FB)

Если результатом этого расчета является положительное число, то это эндотермическая реакция. И если это отрицательно, это экзотермическая реакция.

Примеры распространенных эндотермических реакций

Испарение сухого льда

Кто бы ни видел эти белые пары, исходящие из тележки с мороженым, был свидетелем одного из наиболее распространенных примеров эндотермической «реакции»..

Помимо нескольких видов мороженого, эти пары, отделенные от твердого белого цвета, называемого сухим льдом, также были частью сценариев создания эффекта дымки. Этот сухой лед - не что иное как твердый углекислый газ, который поглощает температуру и прежде, чем внешнее давление начинает сублимировать.

Эксперимент для детской аудитории состоял бы в том, чтобы наполнить и запечатать мешок сухим льдом. Через некоторое время он будет раздуваться из-за СО₂ газообразный, создающий работу или прижимающий внутренние стенки мешка к атмосферному давлению.

Выпечка хлеба или приготовление пищи

Выпекание хлеба является примером химической реакции, так как в настоящее время происходят химические изменения из-за жары. Тот, кто пахнет ароматом свежеиспеченного хлеба, знает, что происходит эндотермическая реакция.

Тесто и все его ингредиенты нуждаются в тепле духовки, чтобы осуществить все преобразования, которые необходимы, чтобы стать хлебом и продемонстрировать его типичные характеристики..

Помимо хлеба на кухне полно примеров эндотермических реакций. Кто готовит, имеет дело с ними ежедневно. Приготовление пасты, размягчение зерна, разогрев зерна кукурузы, выпечка яиц, приправа мяса, выпечка торта, приготовление чая, разогрев бутербродов; каждая из этих активностей является эндотермическими реакциями.

Загорать

Какими бы простыми и распространенными они ни казались, солнечные ванны, которые принимают некоторые рептилии, такие как черепахи и крокодилы, попадают в категорию эндотермических реакций. Черепахи поглощают тепло солнца, чтобы регулировать температуру своего организма..

Без солнца они сохраняют тепло воды, чтобы сохранять тепло; что в итоге охлаждает воду в ваших аквариумах или аквариумах.

Реакция образования атмосферного азота и озона

Воздух в основном состоит из азота и кислорода. Во время грозы выделяется энергия, которая может разрушить прочные связи, которые удерживают атомы азота вместе в N-молекуле.₂:

N₂ + О₂ + Q => 2NO

С другой стороны, кислород может поглощать ультрафиолетовое излучение, превращаясь в озон; аллотроп кислорода, который очень полезен в стратосфере, но вреден для жизни на уровне земли. Реакция такова:

3О₂ + v => 2O₃

Где V означает ультрафиолетовое излучение. Механизм этого простого уравнения очень сложен.

Вода электролизная

Электролиз использует электрическую энергию для разделения молекулы на ее элементы или формирования молекул. Например, при электролизе воды образуются два газа: водород и кислород, каждый в разных электродах:

2H₂O => 2H₂ + О₂

Также хлорид натрия может страдать от этой же реакции:

2NaCl => 2Na + Cl₂

На одном электроде вы увидите образование металлического натрия, а на другом - зеленоватые пузырьки хлора.

фотосинтез

Растения и деревья должны поглощать солнечный свет в качестве источника энергии для синтеза своих биоматериалов. Для этого он использует CO в качестве сырья₂ и вода, которая в результате длинной серии этапов превращается в глюкозу и другие сахара. Кроме того, образуется кислород, который выделяется из листьев.

Растворы некоторых солей

Если хлорид натрия растворяется в воде, заметных изменений внешней температуры сосуда или контейнера не будет..

Некоторые соли, такие как хлорид кальция, CaCl₂, повышение температуры воды как продукта большой гидратации ионов Ca²⁺. И другие соли, такие как нитрат или хлорид аммония, NH₄НЕТ₃ и NH₄Cl, понизить температуру воды и охладить ее окрестности.

В классных комнатах обычно проводят домашние эксперименты, растворяя некоторые из этих солей, чтобы продемонстрировать, что является эндотермической реакцией..

Снижение температуры происходит из-за гидратации ионов NH₄⁺ он не благоприятствует растворению кристаллических структур его солей. Следовательно, соли поглощают тепло из воды, что позволяет сольватировать ионы.

Другой химической реакцией, которая обычно очень часто демонстрирует это, является следующее:

Ba (OH)₂· 8H₂O + 2NH₄НЕТ₃ => Ба (НЕТ₃)₂ + 2NH₃ +10H₂О

Обратите внимание на количество образовавшейся воды. Смешивая оба твердых вещества, получают водный раствор Ba (NO₃)₂, с запахом аммиака и с таким перепадом температуры, что буквально замерзает внешняя поверхность контейнера.

Термические разложения

Одним из наиболее распространенных термических разложений является бикарбонат натрия, NaHCO₃, производить CO₂ и вода при нагревании. Многие твердые вещества, включая карбонаты, имеют тенденцию разлагаться с выделением СО₂ и соответствующий оксид. Например, разложение карбоната кальция происходит следующим образом:

CaCO₃ + Q => CaO + CO₂

То же самое происходит с карбонатами магния, стронция и бария.

Важно отметить, что термическое разложение отличается от горения. В первом случае нет воспламенения или выделяется тепло, а во втором да; то есть сгорание является экзотермической реакцией, даже если для этого требуется самопроизвольный источник тепла, который должен происходить или происходить самопроизвольно.

Хлорид аммония в воде

Когда небольшое количество хлорида аммония (NH4Cl) растворяется в воде в пробирке, пробирка становится холоднее, чем раньше. Во время этой химической реакции тепло поглощается из окружающей среды..

Триосульфат натрия

Когда кристаллы тиосульфата натрия (Na₂S₂О₃.5H₂О), обычно называемый гипо, растворяется в воде, возникает охлаждающий эффект.

Автомобильные двигатели

Сжигание бензина или дизеля в двигателях легковых, грузовых автомобилей, тракторов или автобусов производит механическую энергию, которая используется в обороте этих транспортных средств..

Кипящие жидкости

Помещая жидкость в тепло, она набирает энергию и переходит в газообразное состояние.

Готовим яйцо

При нагревании яичные белки денатурируются, образуя твердую структуру, которая обычно проглатывается.

Приготовление пищи

В общем, всегда при приготовлении пищи с использованием тепла, чтобы изменить свойства пищи, происходят эндотермические реакции.

Эти реакции - то, что заставляет пищу становиться более мягкой, генерировать податливые массы, выпустить компоненты, которые они содержат, среди прочего.

Подогрев пищи в микроволновке

Под действием микроволнового излучения молекулы воды в пище поглощают энергию, начинают вибрировать и повышают температуру пищи..

Формованное стекло

Поглощение тепла стеклом делает их соединения более гибкими, облегчая изменение их формы.

Расход свечи

Воск свечи тает, поглощая тепло пламени, изменяя свою форму..

Чистка горячей водой

При использовании горячей воды для очистки объектов, загрязненных смазкой, таких как кастрюли или одежда, смазка становится более жидкой и ее легче удалить.

Тепловая стерилизация продуктов питания и других предметов

При нагревании предметов или пищи содержащиеся в них микроорганизмы также повышают свою температуру.

Когда подается много тепла, происходят реакции внутри микробных клеток. Многие из этих реакций, такие как разрыв связей или денатурация белка, в конечном итоге убивают микроорганизмы.

Борьба с инфекциями с лихорадкой

Когда лихорадка проявляется, это происходит потому, что организм производит необходимое тепло, чтобы убить бактерии и вирусы, которые вызывают инфекции и вызывают заболевания.

Если выделяемое тепло высокое, а температура высокая, клетки организма также поражаются и существует риск смерти.

Испарение воды

Когда вода испаряется и превращается в пар, это происходит из-за тепла, которое она получает от окружающей среды. По мере того как тепловая энергия поступает в каждую молекулу воды, ее вибрационная энергия возрастает до такой степени, что она может свободно перемещаться, создавая пары.

ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning.
2. Wikipedia. (2018). Эндотермический процесс. Получено с: en.wikipedia.org
3. Хельменстин, Анна Мари, доктор философии (27 декабря 2018 г.) Примеры эндотермических реакций. Получено с: мысли
4. Ханская академия. (2019). Эндотермический против экзотермические реакции Получено с: khanacademy.org
5. Серм Мурмсон. (2019). Что происходит на молекулярном уровне во время эндотермической реакции? Херст Сиэтл Медиа. Получено с: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Расчет энтальпии реакции по энтальпиям образования. Получено с: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Примеры эндотермической реакции. Получено из:
   quimicas.net.