מאפייני תגובה אנדותרמית, משוואות ודוגמאות

אחת תגובה אנדותרמית הוא זה אשר חייב להתקיים כדי לספוג אנרגיה, בצורה של חום או קרינה, מסביבתה. באופן כללי, אם כי לא תמיד, הם יכולים להיות מוכרים על ידי ירידה בטמפרטורה בסביבתם; או להיפך, הם זקוקים למקור של חום, כמו זה שהושג על ידי להבה בוערת.

ספיגת האנרגיה או החום היא מה המשותף לכל התגובות האנדותמיות; טבעו של אותו דבר, כמו גם את השינויים המעורבים, הם מגוונים מאוד. כמה חום הם צריכים לספוג? התשובה תלויה בתרמודינמיקה שלה: הטמפרטורה שבה מתרחשת התגובה באופן ספונטני.

לדוגמה, אחת התגובות האנדותרמיות הסמליות ביותר היא שינוי מצב הקרח למים נוזליים. הקרח צריך לספוג חום עד הטמפרטורה שלו מגיע כ 0 מעלות צלזיוס; בטמפרטורה זו ההיתוך שלה הופך להיות ספונטני, והקרח יספוג עד שהוא נמסה לחלוטין.

בחללים חמים, כגון על חופי החוף, הטמפרטורות גבוהות יותר ולכן הקרח סופג חום מהר יותר; כלומר, הוא נמס במהירות גבוהה יותר. התכה של קרחונים היא דוגמה לתגובה אנדותמית בלתי רצויה.

למה זה קורה ככה? למה לא יכול להיות קרח מוצק כמו מוצק חם? התשובה טמונה באנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות המים בשתי המדינות, וכיצד הן מתקיימות זו עם זו באמצעות קשרי המימן שלהן.

במים נוזליים, למולקולות שלה יש חופש תנועה גדול יותר מאשר בקרח, שבו הם רוטטים נייחים בגבישים שלהם. כדי לזוז, המולקולות חייבות לספוג אנרגיה בצורה כזו שתנודותיהן ישברו את גשרי המימן החדים בכיוונים.

מסיבה זו הקרח סופג חום להמיס. שכן יש "קרח חם" גשרים מימן יצטרך להיות חריג חזק להמיס בטמפרטורה הרבה מעל 0 מעלות צלזיוס.

אינדקס

• 1 מאפייני תגובה אנדותרמית
  • 1.1 ΔH> 0
  • 1.2 קיררו את סביבתם
• משוואות
• 3 דוגמאות לתגובות אנדותרמיות נפוצות
  • 3.1 אידוי של קרח יבש
  • 3.2 אפיית לחם או בישול
  • 3.3 שיזוף
  • 3.4 תגובה של חנקן אטמוספרי ויצירת אוזון
  • 3.5 אלקטרוליזה במים
  • 3.6 פוטוסינתזה
  • 3.7 פתרונות של מלחים מסוימים
  • 3.8 פירוק תרמי
  • 3.9 אמוניום כלוריד במים
  • 3.10 נתרן triosulfate
  • מנועים
  • 3.12 נוזלים רותחים
  • 3.13 בישול ביצה
  • 3.14 אוכל בישול
  • 3.15 חימום מזון במיקרוגל
  • 3.16 יציקת זכוכית
  • 3.17 צריכת נר
  • 3.18 ניקוי במים חמים
  • 3.19 עיקור חום של מזון וחפצים אחרים
  • 3.20 לחימה בזיהומים עם חום
  • 3.21 אידוי מים
• 4 הפניות

מאפייני תגובה אנדותרמית

שינוי המצב אינו תגובה כימית כהלכה; עם זאת, אותו דבר קורה: למוצר (מים נוזליים) יש יותר אנרגיה מאשר המגיב (קרח). זהו המאפיין העיקרי של תגובה או תהליך endothermic: המוצרים הם יותר אנרגטי מאשר המגיבים.

אמנם זה נכון, זה לא אומר כי המוצרים חייבים בהכרח להיות לא יציב. במקרה זה, התגובה האנדותרמית מפסיקה להיות ספונטנית בכל תנאי הטמפרטורה או הלחץ.

שקול את המשוואה הכימית הבאה:

A + Q => B

איפה ש מייצג חום, בדרך כלל לידי ביטוי עם יחידות של ג 'אול (J) או קלוריות (cal). מאז A סופג חום Q כדי להפוך B, הוא אמר אז כי היא תגובה אנדותרמית. לכן, B יש יותר אנרגיה מאשר A, והוא חייב לספוג מספיק אנרגיה כדי להשיג את השינוי שלה.

כפי שניתן לראות בתרשים לעיל, A יש פחות אנרגיה מאשר B. כמות החום ש נספג A הוא כזה שהוא מתגבר על האנרגיה ההפעלה (האנרגיה הדרושה כדי להגיע העליון סגול עם גג מנוקד). הפרש האנרגיה בין A ו- B הוא מה שמכונה אנתלפיה של התגובה, ΔH.

ΔH> 0

כל התגובות האנדותמיות יש במשותף את התרשים הקודם, שכן המוצרים הם אנרגטיים יותר מאשר המגיבים. לכן, הפרש האנרגיה ביניהם, ΔH, הוא תמיד חיובי (H_מוצר-ח_מגיב > 0). כאשר זה נכון, חייב להיות ספיגה של חום או אנרגיה מהסביבה כדי לספק את הצורך האנרגטי הזה.

וכיצד מפרשים ביטויים כאלה? ב תגובה תגובה כימית נשברים תמיד ליצור אחרים. כדי לשבור אותם, ספיגת האנרגיה היא הכרחית; כלומר, מעבר אנדותמי. בינתיים, היווצרות הקשרים מרמזת על יציבות, ולכן זהו צעד אקסותרמי.

כאשר האג"ח נוצרו לא מספקים יציבות דומה לכמות האנרגיה הדרושה לשבור את הקשרים הישנים, זוהי תגובה אנדותמית. זו הסיבה אנרגיה נוספת נדרשת כדי לקדם את שבירת האג"ח היציבות ביותר ריאגנטים.

מצד שני, בתגובות אקסותרמיות מתרחשת ההפך: החום משוחרר, ו ΔH הוא < 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.

הם מגניבים את סביבתם

למרות שזה לא חל על כל תגובות endothermic, כמה מהם לגרום לירידה בטמפרטורה של סביבתו. הסיבה לכך היא כי החום נספג מגיע איפשהו. כתוצאה מכך, אם ההמרה של A ו- B היו לתוך מכולה, זה היה להתקרר.

ככל שהאינדותרמיה תהיה יותר ריאקציה, כך גם המכולה וסביבתה יהיו קרים יותר. למעשה, כמה תגובות הן אפילו מסוגל ליצור כיסוי קרח דק, כאילו הם יצאו ממקרר.

עם זאת, יש תגובות מהסוג הזה כי לא מגניב הסביבה שלהם. למה? כי החום של הסביבה אינו מספיק; כלומר, הוא אינו מספק את Q הצורך (J, cal) שנכתב במשוואות כימיות. לכן, זה כאן כאשר האש או קרינה אולטרה סגול נכנס.

בלבול קטן עשוי להתרחש בין שני התרחישים. מצד אחד, החום של הסביבה מספיק כדי להגיב באופן ספונטני, וכן קירור הוא ציין; ומצד שני, יש צורך בחום רב יותר ושימוש בשיטת חימום יעילה. בשני המקרים קורה אותו דבר: האנרגיה נספגת.

משוואות

מה הן המשוואות הרלוונטיות בתגובה אנדותרמית? כפי שכבר הסביר, ΔH חייב להיות חיובי. כדי לחשב זאת, המשוואה הכימית הבאה נחשבת תחילה:

a + bB => cC + dD

איפה A ו- B הם חומרים מגיבים, ו- C ו- D הם מוצרים. האותיות הקטנות (a, b, c ו- d) הן מקדמים stoichiometric. כדי לחשב את ΔH של התגובה הגנרית הזו מוחל הביטוי המתמטי הבא:

Δay_מוצרים- Δay_{ריאגנטים} 49 Δay_rxn

אתה יכול להמשיך ישירות, או לעשות את החישובים בנפרד. עבור ΔH_מוצרים יש לחשב את הסכום הבא:

c ΔH_וC + d ΔH_וד

היכן ΔH_ו זה האנתלפיה של היווצרות של כל חומר מעורב התגובה. לפי האמנה, החומרים בצורות היציבות ביותר שלהם יש ΔH_ו= 0 לדוגמה, O מולקולות₂ ו - H₂, או מתכת מוצקה, יש להם ΔH_ו= 0.

חישוב זה נעשה כעת עבור המגיבים, ΔH_{ריאגנטים}You

כדי .DELTA.H_וA + b ΔH_וב

אבל כמו המשוואה אומר כי ΔH_{ריאגנטים} יש לחסר מ ΔH_מוצרים, אז את הסכום הקודם חייב להיות כפול -1. אז יש לך:

c ΔH_וC + d ΔH_וD - (ΔH_וA + b ΔH_וב)

אם התוצאה של חישוב זה היא מספר חיובי, אז זה תגובה אנדותמית. ואם זה שלילי, זו תגובה אקסותרמית.

דוגמאות לתגובות אנדותרמיות נפוצות

אידוי של קרח יבש

מי שראה את האדים הלבנים הנובעים מעגלת גלידה היה אחד הדוגמאות הנפוצות ביותר של "תגובה".

מעבר לכמה גלידות, האדים הללו מנותקים מלבן מוצק, הנקרא קרח יבש, היו גם חלק מהתרחישים כדי ליצור את האפקט של האובך. זה קרח יבש הוא לא יותר מאשר פחמן דו חמצני מוצק, אשר סופג הטמפרטורה ולפני הלחץ החיצוני מתחיל סובלימציה.

ניסוי לקהל ילדים יהיה למלא ולחתום שקית עם קרח יבש. אחרי כמה זמן, זה יהיה בסופו של דבר לנפח בגלל CO₂ גז, המייצר עבודה או לוחץ על הקירות הפנימיים של השקית כנגד לחץ אטמוספרי.

אפיית כיכרות או בישול מזון

אפיית הלחם היא דוגמה לתגובה כימית, שכן כיום יש שינויים כימיים עקב חום. מי שמריח את ניחוח הלחם הטרי יודע כי מתרחשת תגובה אנדותמית.

את הבצק ואת כל מרכיביו, צריך את החום של התנור לבצע את כל טרנספורמציות, הכרחי כדי להפוך את הלחם ולהציג את המאפיינים הטיפוסיים.

בנוסף ללחם, המטבח מלא דוגמאות לתגובות אנדותמיות. מי מבשל להתמודד איתם מדי יום. בישול פסטה, ריכוך גרגרים, חימום גרעיני תירס, ביצי ביצים, בשר מתובל, אפיית עוגה, הכנת תה, כריכים לחימום; כל אחת מהפעילויות הללו היא תגובה אנדותמית.

שיזוף

פשוט ו משותף כפי שהם נראים, את sunbaths כי זוחלים מסוימים לקחת, כגון צבים ותנינים, נופלים לקטגוריה של תגובות endothermic. צבים לספוג חום מהשמש כדי לווסת את הטמפרטורה של האורגניזם שלהם.

ללא השמש, הם שומרים על חום המים כדי להתחמם; מה בסופו של דבר קירור המים הטנקים שלך או טנקים דגים.

תגובה של חנקן אטמוספרי ויצירת אוזון

האוויר מורכב בעיקר חנקן וחמצן. במהלך סופות רעמים, אנרגיה משוחררת שיכולה לשבור את הקשרים החזקים המחזיקים את אטומי החנקן יחד במולקולה N.₂You

N₂ + הו₂ + Q => 2NO

מצד שני, חמצן יכול לספוג קרינה אולטרה סגולה להפוך לאוזון; allotrope של חמצן כי הוא מאוד מועיל בסטרטוספירה, אבל מזיק לחיים ברמה הקרקעית. התגובה היא:

3O₂ + v => 2O₃

איפה V פירושו קרינה אולטרה סגול. המנגנון שמאחורי המשוואה הפשוטה הוא מורכב מאוד.

אלקטרוליזה במים

אלקטרוליזה עושה שימוש באנרגיה חשמלית להפריד מולקולה באלמנטים שלה או להרכיב מולקולות. לדוגמה, באלקטרוליזה של המים נוצרים שני גזים: מימן וחמצן, כל אחד מהם באלקטרודות שונות:

2H₂O => 2H₂ + הו₂

כמו כן, נתרן כלורי יכול לסבול את אותה תגובה:

2NaCl => 2Na + Cl₂

ב אלקטרודה אחת תוכלו לראות את היווצרות של נתרן מתכתי, ובשני, בועות ירקרק של כלור.

פוטוסינתזה

צמחים ועצים צריכים לספוג את אור השמש כמו אספקת אנרגיה כדי לסנתז biomaterials שלהם. לשם כך, הוא משתמש CO כחומר גלם₂ ומים, אשר באמצעות סדרה ארוכה של מדרגות, מומרים גלוקוז וסוכרים אחרים. בנוסף, החמצן נוצר, אשר משוחרר מן העלים.

פתרונות של מלחים מסוימים

אם נתרן כלוריד הוא מומס במים, ללא שינוי ניכר בטמפרטורה החיצונית של כלי קיבול או מיכל יהיה שם לב..

כמה מלחים, כגון סידן כלורי, CaCl₂, להגדיל את הטמפרטורה של המים כתוצר של הידרציה גדולה של יונים Ca²⁺. ומלחים אחרים, כגון חנקתי או אמוניום כלוריד, NH₄לא₃ ו NH₄Cl, להקטין את הטמפרטורה של המים לקרר את סביבתה.

בכיתות בדרך כלל ניסויים תוצרת בית נעשים ממיסים כמה מלחים אלה כדי להדגים מה הוא תגובה אנדותרמית.

הירידה בטמפרטורה נובעת מהידרציה של יוני NH₄⁺ הוא אינו מועדף נגד פירוק של סידורים גבישיים של מלחים שלה. כתוצאה מכך, מלחים לספוג חום מן המים כדי לאפשר את היונים להיות solvated.

תגובה כימית נוספת, כי היא בדרך כלל נפוץ מאוד להפגין זאת היא כדלקמן:

Ba (OH)₂Giving ח₂O + 2NH₄לא₃ => Ba (NO₃)₂ + 2NH₃ +10H₂הו

הערה כמות המים שנוצרו. על ידי ערבוב שני מוצקים, פתרון בא מימית מתקבל (NO₃)₂, עם ריח של אמוניה, ועם ירידה כזו הטמפרטורה כי ממש מקפיא את המשטח החיצוני של המכולה.

פירוק תרמי

אחת הפירוק התרמי הנפוץ ביותר הוא סודיום ביקרבונט, NaHCO₃, לייצר CO₂ ומים כאשר מחומם. מוצקים רבים, כולל פחמתי, נוטים להתפרק לשחרר CO₂ ואת תחמוצת המקביל. לדוגמה, הפירוק של סידן פחמתי הוא כדלקמן:

CaCO₃ + Q => CaO + CO₂

אותו דבר קורה עם מגנזיום, סטרונציום ובריום קרבונט.

חשוב לציין כי פירוק תרמי שונה מ שרפה. ב הראשון אין נוכחות של הצתה או חום משוחרר, ואילו השני כן; כלומר, הבעירה היא תגובה אקסותרמית, למרות שהיא זקוקה למקור חום ראשוני או להתרחש באופן ספונטני.

אמוניום כלוריד במים

כאשר כמות קטנה של אמוניום כלוריד (NH4Cl) הוא מומס במים במבחנה, הצינור הופך להיות קר יותר מאשר קודם לכן. במהלך תגובה כימית זו, החום נספג מהסביבה.

נתרן triosulfate

כאשר נתרן thiosulfate גבישים (Na₂S₂הו₃.5H₂O), המכונה בדרך כלל hypo, מתמוסס במים, מתרחשת אפקט קירור.

מנועי רכב

שריפת בנזין או סולר במנועים של מכוניות, משאיות, טרקטורים או אוטובוסים מייצרת אנרגיה מכנית, המשמשת במחזור של כלי רכב אלה.

נוזלים רותחים

על ידי הצבת נוזל בחום, הוא מרוויח אנרגיה ונכנס למצב גזי.

בישול ביצה

כאשר החום מוחל, חלבונים ביצה הם denatured להרכיב את המבנה מוצק כי הוא בדרך כלל ingested.

בישול מזון

באופן כללי, תמיד כאשר בישול עם החום כדי לשנות את המאפיינים של המזון, התגובות endothermic מתרחשים.

תגובות אלה הן מה לגרום למזון להיות רך יותר, ליצור המוני חזה, לשחרר את הרכיבים שהם מכילים, בין היתר.

חימום מזון במיקרוגל

על ידי קרינת מיקרוגל, מולקולות מים במזון לספוג אנרגיה, מתחילים לרטוט ולהגדיל את טמפרטורת המזון.

זכוכית יצוק

הקליטה של ​​החום על ידי זכוכית עושה המפרקים שלהם גמישה יותר, מה שהופך את הצורה שלהם קל יותר לשנות.

צריכת נר

שעוות הנר נמס כשהיא סופגת את חום הלהבה, משנה את צורתה.

ניקוי עם מים חמים

בעת שימוש במים חמים כדי לנקות את האובייקטים שהיו מוכתמים בשמן, כגון סירים או בגדים, השומן הופך נוזלי יותר קל יותר להסיר.

מחממים עיקור של מזון וחפצים אחרים

כאשר חימום אובייקטים או מזון, מיקרואורגניזמים שהם מכילים גם להגדיל את הטמפרטורה שלהם.

כאשר הרבה חום מסופק, התגובות בתוך תאים מיקרוביאליים להתרחש. רבות מהתגובות הללו, כגון שבירת קשרים או denaturation חלבון, בסופו של דבר להרוג מיקרואורגניזמים.

לחימה בזיהומים עם חום

כאשר חום מתגלה, זה בגלל הגוף מייצר את החום הדרוש כדי להרוג את החיידקים ווירוסים הגורמים זיהומים וליצור מחלות.

אם החום שנוצר גבוה החום גבוה, תאי הגוף מושפעים גם יש סיכון למוות.

אידוי מים

כאשר המים מתאדים והופכים לאדים, זה בגלל החום שהיא מקבלת מהסביבה. כמו האנרגיה התרמית מתקבלת על ידי כל מולקולה של מים, האנרגיה vibrational שלה עולה עד לנקודה שבה הוא יכול לנוע בחופשיות, יצירת אדי.

הפניות

1. ויטן, דייוויס, פק & סטנלי. (2008). כימיה (8th ed.). למידה CNGAGE.
2. ויקיפדיה. (2018). תהליך אנדותרמי. מקור: en.wikipedia.org
3. הלמנשטיין, אן מארי, Ph.D. (27 בדצמבר 2018). דוגמאות תגובה אנדותרמית. מקור: Thinkco.com
4. האקדמיה לחאן. (2019). אנדותרמית לעומת תגובות אקסותרמיות מקור: khanacademy.org
5. סרם מורמסון. (2019). מה קורה ברמה המולקולרית במהלך תגובה אנדותרמית? הרסט סיאטל מדיה. מקור: education.seattlepi.com
6. . (2013). חישוב אנתלפיה התגובה מן enthalpies של היווצרות. מקור: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). דוגמאות לתגובה אנדותרמית. מתוך:
   quimicas.net.