Endotherme reactiekarakteristieken, vergelijkingen en voorbeelden

1886
Philip Kelley
Endotherme reactiekarakteristieken, vergelijkingen en voorbeelden

EEN endotherme reactie Het is er een die om plaats te vinden energie moet absorberen, in de vorm van warmte of straling, van zijn omgeving. Over het algemeen, maar niet altijd, zijn ze te herkennen aan een temperatuurdaling in hun omgeving; of integendeel, ze hebben een warmtebron nodig, zoals die verkregen wordt door een brandende vlam.

De opname van energie of warmte is wat alle endotherme reacties gemeen hebben; hun aard, evenals de transformaties die ermee gepaard gaan, zijn zeer divers. Hoeveel warmte moeten ze opnemen? Het antwoord hangt af van de thermodynamica: de temperatuur waarbij de reactie spontaan plaatsvindt.

Smeltend ijs druipsteen. Bron: Pixabay

Een van de meest karakteristieke endotherme reacties is bijvoorbeeld de verandering van toestand van ijs naar vloeibaar water. IJs moet warmte absorberen totdat de temperatuur ongeveer 0 ° C bereikt; bij die temperatuur wordt het smelten spontaan en zal het ijs absorberen totdat het volledig is gesmolten.

In warme ruimtes, zoals aan de oevers van een strand, zijn de temperaturen hoger en daarom neemt het ijs de warmte sneller op; dat wil zeggen, het smelt sneller. Het smelten van gletsjers is een voorbeeld van een ongewenste endotherme reactie.

Waarom gebeurt het op deze manier? Waarom kan ijs niet verschijnen als een hete vaste stof? Het antwoord ligt in de gemiddelde kinetische energie van de watermoleculen in beide toestanden, en hoe ze met elkaar interageren via hun waterstofbruggen..

In vloeibaar water hebben de moleculen een grotere bewegingsvrijheid dan in ijs, waar ze stationair trillen in de kristallen. Om te kunnen bewegen, moeten moleculen energie op zo'n manier absorberen dat hun trillingen de sterke directionele waterstofbruggen in het ijs verbreken..

Om deze reden neemt ijs warmte op om te smelten. Om "heet ijs" te laten bestaan, zouden waterstofbruggen abnormaal sterk moeten zijn om te smelten bij een temperatuur ruim boven 0 ° C..

Artikel index

  • 1 Kenmerken van een endotherme reactie
    • 1,1 ΔH> 0
    • 1.2 Ze koelen hun omgeving af
  • 2 vergelijkingen
  • 3 Voorbeelden van veel voorkomende endotherme reacties
    • 3.1 Verdamping van droogijs
    • 3.2 Brood bakken of eten koken
    • 3.3 Zonnebaden
    • 3.4 Reactie van atmosferische stikstof- en ozonvorming
    • 3.5 Elektrolyse van water
    • 3.6 Fotosynthese
    • 3.7 Oplossingen van sommige zouten
    • 3.8 Thermische ontleding
    • 3.9 Ammoniumchloride in water
    • 3.10 Natriumtriosulfaat
    • 3.11 Automotoren
    • 3.12 Kokende vloeistoffen
    • 3.13 Een ei koken
    • 3.14 Voedsel koken
    • 3.15 Voedsel verwarmen in de magnetron
    • 3.16 Gieten van glas
    • 3.17 Consumptie van een kaars
    • 3.18 Reiniging van heet water
    • 3.19 Hittesterilisatie van voedsel en andere voorwerpen
    • 3.20 Bestrijding van infecties met koorts
    • 3.21 Waterverdamping
  • 4 referenties

Kenmerken van een endotherme reactie

De verandering van toestand is niet echt een chemische reactie; hetzelfde gebeurt echter: het product (vloeibaar water) heeft een hogere energie dan de reactant (ijs). Dit is het belangrijkste kenmerk van een endotherme reactie of proces: de producten zijn energieker dan de reactanten.

Hoewel dit waar is, betekent dit niet dat producten noodzakelijkerwijs onstabiel moeten zijn. In het geval dat dit het geval is, is de endotherme reactie niet langer spontaan onder alle omstandigheden van temperatuur of druk..

Beschouw de volgende chemische vergelijking:

A + Q => B

Waar Q staat voor warmte, meestal uitgedrukt in de eenheden joule (J) of calorieën (cal). Omdat A warmte Q absorbeert om in B te veranderen, wordt er gezegd dat het een endotherme reactie is. B heeft dus meer energie dan A en moet voldoende energie opnemen om zijn transformatie te bereiken.

Endotherme reactieschema voor A en B. Bron: Gabriel Bolívar

Zoals te zien is in het bovenstaande diagram, heeft A minder energie dan B. De hoeveelheid warmte Q die door A wordt geabsorbeerd, is zodanig dat het de activeringsenergie overwint (de energie die nodig is om de paarse piek met het gestippelde dak te bereiken). Het verschil in energie tussen A en B staat bekend als de enthalpie van de reactie, ΔH.

ΔH> 0

Alle endotherme reacties hebben het bovenstaande diagram gemeen, aangezien de producten energieker zijn dan de reactanten. Daarom is het energieverschil tussen hen, ΔH, altijd positief (H.Product-H.Reagens > 0). Aangezien dit waar is, moet er warmte of energie uit de omgeving worden opgenomen om in deze energiebehoefte te voorzien..

En hoe worden dergelijke uitdrukkingen geïnterpreteerd? Bij een chemische reactie worden bindingen altijd verbroken om nieuwe te creëren. Om ze te doorbreken is de opname van energie nodig; dat wil zeggen, het is een endotherme stap. Ondertussen impliceert de vorming van de bindingen stabiliteit, dus het is een exotherme stap..

Wanneer de gevormde bindingen geen stabiliteit verschaffen die vergelijkbaar is met de hoeveelheid energie die nodig is om de oude bindingen te verbreken, is het een endotherme reactie. Daarom is er extra energie nodig om het verbreken van de meest stabiele bindingen in de reactanten te bevorderen..

Aan de andere kant gebeurt bij exotherme reacties het tegenovergestelde: warmte komt vrij en ΔH is < 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.

Ze koelen hun omgeving af

Hoewel het niet op alle endotherme reacties van toepassing is, veroorzaken verschillende ervan een verlaging van de temperatuur van hun omgeving. Dit komt doordat de opgenomen warmte ergens vandaan komt. Als de conversie van A en B in een container zou worden uitgevoerd, zou deze dus worden gekoeld.

Hoe meer endotherm de reactie, hoe kouder de container en zijn omgeving zal worden. Sommige reacties zijn zelfs in staat om een ​​dun laagje ijs te vormen, alsof ze uit een koelkast komen..

Er zijn echter reacties van dit type die hun omgeving niet koelen. Waarom? Omdat de omgevingswarmte onvoldoende is; dat wil zeggen, het geeft niet de noodzakelijke Q (J, cal) die in chemische vergelijkingen is geschreven. Daarom is dit wanneer vuur of ultraviolette straling binnenkomt..

Er kan wat verwarring ontstaan ​​tussen de twee scenario's. Enerzijds is de warmte uit de omgeving voldoende om de reactie spontaan te laten verlopen en wordt afkoeling waargenomen; en aan de andere kant is er meer warmte nodig en wordt er een efficiënte verwarmingsmethode gebruikt. In beide gevallen gebeurt hetzelfde: energie wordt geabsorbeerd.

Vergelijkingen

Wat zijn de relevante vergelijkingen in een endotherme reactie? Zoals reeds uitgelegd, moet de ΔH positief zijn. Om het te berekenen, wordt eerst de volgende chemische vergelijking overwogen:

aA + bB => cC + dD

Waar A en B de reactanten zijn, en C en D de producten. De kleine letters (a, b, c en d) zijn de stoichiometrische coëfficiënten. Om de ΔH van deze generieke reactie te berekenen, wordt de volgende wiskundige uitdrukking toegepast:

AHProducten- AHReagentia = ΔHrxn

U kunt direct doorgaan of de berekeningen afzonderlijk uitvoeren. Voor ΔHProducten het volgende bedrag moet worden berekend:

c ΔHF.C + d ΔHF.D

Waar ΔHF. is de vormingsenthalpie van elke stof die bij de reactie betrokken is. Volgens afspraak hebben stoffen in hun meest stabiele vorm ΔHF.= 0. Bijvoorbeeld moleculen van Otwee en Htwee, of een vast metaal, hebben ΔHF.= 0.

Dezelfde berekening wordt nu gedaan voor de reactanten, ΔHReagentia

een ΔHF.A + b ΔHF.B

Maar aangezien de vergelijking zegt dat ΔHReagentia moet worden afgetrokken van ΔHProducten, dan moet de bovenstaande som worden vermenigvuldigd met -1. Dus jij hebt:

c ΔHF.C + d ΔHF.D - (een ΔHF.A + b ΔHF.B)

Als het resultaat van deze berekening een positief getal is, dan is het een endotherme reactie. En als het negatief test, is het een exotherme reactie.

Voorbeelden van veel voorkomende endotherme reacties

Verdamping van droogijs

Droog ijs. Bron: Nevit [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], van Wikimedia Commons

Iedereen die ooit die witte dampen uit een ijskar heeft gezien, is getuige geweest van een van de meest voorkomende voorbeelden van een endotherme 'reactie'.

Afgezien van sommige ijsjes, hebben deze dampen die worden afgegeven door witte vaste stoffen, droogijs genaamd, ook deel uitgemaakt van de scenario's om het effect van mist te creëren. Dit droogijs is niets meer dan vast kooldioxide, dat bij het absorberen van de temperatuur en voordat de externe druk begint te sublimeren.

Een experiment voor een kinderpubliek zou zijn om een ​​zak met droogijs te vullen en te sluiten. Na een tijdje zal het uiteindelijk opblazen als gevolg van COtwee gasvormig, dat werk genereert of de binnenwanden van de zak tegen atmosferische druk drukt.

Brood bakken of eten koken

Gebakken brood. Bron: Pixabay

Brood bakken is een voorbeeld van een chemische reactie, aangezien er nu chemische veranderingen zijn door hitte. Iedereen die de geur van vers gebakken brood heeft geroken, weet dat er een endotherme reactie optreedt.

Het deeg en al zijn ingrediënten hebben de hitte van de oven nodig om alle transformaties uit te voeren, essentieel om brood te worden en zijn typische kenmerken te vertonen..

Naast brood staat de keuken vol met voorbeelden van endotherme reacties. Wie kookt, heeft dagelijks met hen te maken. Pasta koken, de korrels zacht maken, de maïskorrels verwarmen, eieren koken, vlees kruiden, een cake bakken, thee zetten, sandwiches opwarmen; elk van deze activiteiten zijn endotherme reacties.

Zonnen

Schildpadden die zonnebaden. Bron: Pixabay

Hoe eenvoudig en gewoon ze ook mogen lijken, zonnebaden die door bepaalde reptielen, zoals schildpadden en krokodillen worden ingenomen, vallen in de categorie van endotherme reacties. Schildpadden absorberen warmte van de zon om hun lichaamstemperatuur te regelen.

Zonder de zon houden ze de warmte van het water vast om warm te blijven; die terechtkomt in de afkoeling van het water in uw vijvers of aquariums.

Reactie van atmosferische stikstof- en ozonvorming

Bliksem. Bron: Pixabay

Lucht bestaat voornamelijk uit stikstof en zuurstof. Tijdens elektrische stormen komt zoveel energie vrij dat het de sterke bindingen kan verbreken die de stikstofatomen bij elkaar houden in het N-molecuul.twee

Ntwee + OFtwee + Q => 2NO

Aan de andere kant kan zuurstof ultraviolette straling absorberen en ozon worden; allotroop van zuurstof die zeer gunstig is in de stratosfeer, maar schadelijk voor het leven op grondniveau. De reactie is:

3Otwee + v => 2O3

Waar v staat voor ultraviolette straling. Het mechanisme achter die eenvoudige vergelijking is erg complex.

Elektrolyse van water

Elektrolyse maakt gebruik van elektrische energie om een ​​molecuul te scheiden in zijn vormende elementen of moleculen. Bij de elektrolyse van water worden bijvoorbeeld twee gassen gegenereerd: waterstof en zuurstof, elk in verschillende elektroden:

2HtweeO => 2Htwee + OFtwee

Ook natriumchloride kan dezelfde reactie ondergaan:

2NaCl => 2Na + Cltwee

In de ene elektrode zie je de vorming van metallisch natrium en in de andere groenachtige chloorbellen.

Fotosynthese

Planten en bomen moeten zonlicht absorberen als energievoorziening om hun biomaterialen te synthetiseren. Hiervoor gebruikt het CO als grondstof.twee en water, dat door een lange reeks stappen wordt omgezet in glucose en andere suikers. Daarnaast wordt er zuurstof gevormd, die vrijkomt uit de bladeren.

Oplossingen van sommige zouten

Als natriumchloride wordt opgelost in water, is er geen merkbare verandering in de buitentemperatuur van het glas of de container..

Sommige zouten, zoals calciumchloride, CaCltwee, verhoog de temperatuur van het water als een product van de grote hydratatie van Ca-ionentwee+. En andere zouten, zoals ammoniumnitraat of chloride, NH4NIET3 en NH4Cl, verlaag de temperatuur van het water en koel de omgeving.

In klaslokalen worden thuisexperimenten meestal gedaan door enkele van deze zouten op te lossen om aan te tonen wat een endotherme reactie is..

De temperatuurdaling is te wijten aan de hydratatie van de NH-ionen4+ het wordt niet begunstigd tegen het oplossen van de kristallijne rangschikkingen van zijn zouten. Bijgevolg absorberen de zouten warmte uit het water om de ionen te laten solvateren..

Een andere chemische reactie die meestal heel gebruikelijk is om dit aan te tonen, is de volgende:

Ba (OH)twee8HtweeO + 2NH4NIET3 => Ba (GEEN3twee + 2NH3 +10HtweeOF

Let op de hoeveelheid gevormd water. Door beide vaste stoffen te mengen, wordt een waterige oplossing van Ba ​​(NO3twee, ruikend naar ammoniak, en met een temperatuurdaling zodanig dat het letterlijk het buitenoppervlak van de container bevriest.

Thermische ontleding

Een van de meest voorkomende thermische ontledingen is die van natriumbicarbonaat, NaHCO3, om CO te producerentwee en water bij verhitting. Veel vaste stoffen, waaronder carbonaten, worden vaak afgebroken om CO vrij te makentwee en het overeenkomstige oxide. De afbraak van calciumcarbonaat is bijvoorbeeld als volgt:

Dief3 + Q => CaO + COtwee

Hetzelfde gebeurt met magnesium-, strontium- en bariumcarbonaten.

Het is belangrijk op te merken dat thermische ontleding verschilt van verbranding. In de eerste is er geen aanwezigheid van ontsteking of komt er warmte vrij, in de tweede wel; dat wil zeggen, verbranding is een exotherme reactie, zelfs wanneer er een eerste warmtebron nodig is om plaats te vinden of spontaan op te treden.

Ammoniumchloride in water

Wanneer in een reageerbuis een kleine hoeveelheid ammoniumchloride (NH4Cl) wordt opgelost in water, wordt de buis kouder dan voorheen. Tijdens deze chemische reactie wordt warmte uit de omgeving opgenomen.

Natriumtriosulfaat

Wanneer kristallen van natriumthiosulfaat (NatweeStweeOF3.5HtweeO), gewoonlijk hikken genoemd, lossen op in water, er treedt een verkoelend effect op.

Automotoren

Het verbranden van benzine of diesel in de motoren van auto's, vrachtwagens, tractoren of bussen produceert mechanische energie die wordt gebruikt bij de circulatie van deze voertuigen.

Kokende vloeistoffen

Door een vloeistof te verhitten, krijgt het energie en gaat het over in een gasvormige toestand.

Kook een ei

Wanneer warmte wordt toegepast, worden de eiproteïnen gedenatureerd, waardoor de vaste structuur wordt gevormd die gewoonlijk wordt ingenomen..

Eten koken

Over het algemeen treden altijd endotherme reacties op als u met warmte kookt om de eigenschappen van voedsel te veranderen.

Deze reacties zorgen ervoor dat voedsel zachter wordt, kneedbare massa's genereert, de componenten die ze bevatten vrijgeven, onder andere..

Voedsel verwarmen in de magnetron

Door microgolfstraling absorberen watermoleculen in voedsel energie, beginnen ze te trillen en verhogen ze de temperatuur van het voedsel.

Gieten van glas

De opname van warmte door het glas maakt de gewrichten flexibel, waardoor de vorm gemakkelijker te veranderen is.

Verbruik van een kaars

Kaarsvet smelt door warmte van de vlam te absorberen, waardoor de vorm verandert.

Reiniging met warm water

Wanneer u met heet water voorwerpen reinigt die met vet zijn bevlekt, zoals potten of kleding, wordt het vet vloeibaarder en is het gemakkelijker te verwijderen.

Hittesterilisatie van voedsel en andere voorwerpen

Bij het verwarmen van voorwerpen of voedsel verhogen de micro-organismen die ze bevatten ook hun temperatuur.

Als er veel warmte wordt toegevoerd, treden reacties op in microbiële cellen. Bij veel van deze reacties, zoals het verbreken van bindingen of het denatureren van eiwitten, worden de micro-organismen gedood.

Bestrijd infecties met koorts

Wanneer koorts optreedt, komt dat doordat het lichaam de nodige warmte produceert om de bacteriën en virussen te doden die infecties veroorzaken en ziekten veroorzaken..

Als er veel warmte wordt gegenereerd en de koorts hoog is, worden ook de cellen van het lichaam aangetast en bestaat er een risico op overlijden.

Waterverdamping

Wanneer water verdampt en in stoom verandert, komt dat door de warmte die het uit de omgeving ontvangt. Terwijl warmte-energie wordt ontvangen door elk watermolecuul, neemt de trillingsenergie toe tot het punt waarop het vrij kan bewegen, waardoor stoom ontstaat..

Referenties

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8e ed.). CENGAGE Leren.
  2. Wikipedia. (2018). Endotherm proces. Hersteld van: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27 december 2018). Voorbeelden van endotherme reacties. Hersteld van: thoughtco.com
  4. Khan Academy. (2019). Endotherme vs. exotherme reacties. Hersteld van: khanacademy.org
  5. Preek Murmson. (2019). Wat gebeurt er op moleculair niveau tijdens een endotherme reactie? Hearst Seattle Media. Hersteld van: education.seattlepi.com
  6. QuimiTube. (2013). Berekening van de reactie-enthalpie uit de formatie-enthalpie. Hersteld van: quimitube.com
  7. Quimicas.net (2018). Voorbeelden van endotherme reactie. Hersteld van:
    chemistry.net.

Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.