Endotherme reactiekarakteristieken, vergelijkingen en voorbeelden

een endotherme reactie is dat wat moet plaatsvinden om energie te absorberen, in de vorm van warmte of straling, uit de omgeving. Over het algemeen, hoewel niet altijd, kunnen ze worden herkend door een daling van de temperatuur in hun omgeving; of integendeel, ze hebben een warmtebron nodig, zoals die wordt verkregen door een brandende vlam.

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

Een van de meest emblematische endotherme reacties is bijvoorbeeld de verandering van toestand van ijs naar vloeibaar water. Het ijs moet warmte opnemen tot de temperatuur ongeveer 0ºC is; bij die temperatuur wordt het smelten ervan spontaan en zal het ijs absorberen totdat het volledig is gesmolten.

In warme ruimten, zoals aan de kust, zijn de temperaturen hoger en neemt ijs sneller warmte op; dat wil zeggen, het smelt met een hogere snelheid. Het smelten van gletsjers is een voorbeeld van een ongewenste endotherme reactie.

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

In vloeibaar water hebben de moleculen meer bewegingsvrijheid dan in ijs, waar ze stationair in hun kristallen trillen. Om te bewegen, moeten de moleculen energie absorberen op een zodanige manier dat hun trillingen de sterke directionele waterstofbruggen in het ijs breken.

Om deze reden absorbeert het ijs warmte om te smelten. Omdat er een "heet ijs" zou zijn, zouden de waterstofbruggen abnormaal sterk moeten zijn om te smelten bij een temperatuur van ruim boven 0 ° C.

index

• 1 Kenmerken van een endotherme reactie
  • 1.1 ΔH> 0
  • 1.2 Koel hun omgeving
• 2 vergelijkingen
• 3 Voorbeelden van veel voorkomende endotherme reacties
  • 3.1 Verdamping van droogijs
  • 3.2 Brood bakken of voedsel koken
  • 3.3 Zonnebaden
  • 3.4 Reactie van atmosferische stikstof en ozonvorming
  • 3.5 Waterelektrolyse
  • 3.6 Fotosynthese
  • 3.7 Oplossingen van sommige zouten
  • 3.8 Thermische decomposities
  • 3.9 Ammoniumchloride in water
  • 3.10 Natriumtriosulfaat
  • 3.11 Automotoren
  • 3.12 kokende vloeistoffen
  • 3.13 Een ei koken
  • 3.14 Koken eten
  • 3.15 Voedsel in de magnetron verwarmen
  • 3.16 Glaslijsten
  • 3.17 Consumptie van een kaars
  • 3.18 Reinigen met heet water
  • 3.19 Warmsterilisatie van voedsel en andere objecten
  • 3.20 Bestrijding van infecties met koorts
  • 3.21 Waterverdamping
• 4 Referenties

Kenmerken van een endotherme reactie

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

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

Beschouw de volgende chemische vergelijking:

A + Q => B

Waarbij Q staat voor warmte, meestal uitgedrukt met de eenheden van joule (J) of calorieën (cal). Aangezien A de warmte Q absorbeert om in B te transformeren, wordt er vervolgens gezegd dat het een endotherme reactie is. Dus, B heeft meer energie dan A en moet voldoende energie absorberen om de transformatie te bereiken.

Zoals te zien is in het bovenstaande diagram, heeft A minder energie dan B. De hoeveelheid warmte Q die A absorbeert, is zodanig dat deze de activeringsenergie (de energie die nodig is om de paarse top met gestippeld dak te bereiken) overwint. Het energieverschil tussen A en B is wat bekend staat als de enthalpie van de reactie, ΔH.

ΔH> 0

Alle endotherme reacties hebben het vorige diagram gemeen, omdat de producten energieker zijn dan de reactanten. Daarom is het energieverschil tussen hen, ΔH, altijd positief (H_product-H_reagens > 0). Wanneer dit waar is, moet er een opname van warmte of energie uit de omgeving zijn om aan deze energetische behoefte te voldoen.

En hoe worden dergelijke uitdrukkingen geïnterpreteerd? In een chemische reactie worden links altijd verbroken om anderen te creëren. Om ze te breken, is de absorptie van energie noodzakelijk; dat wil zeggen, het is een endotherme passage. Ondertussen impliceert de vorming van de links stabiliteit, dus het is een exotherme stap.

Als de gevormde bindingen geen stabiliteit bieden die vergelijkbaar is met de hoeveelheid energie die nodig is om de oude bindingen te verbreken, is dit een endotherme reactie. Dat is de reden waarom extra energie nodig is om het verbreken van de meest stabiele bindingen in de reagentia te bevorderen.

Aan de andere kant, in de exotherme reacties gebeurt het tegenovergestelde: warmte wordt vrijgegeven 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 van toepassing is op alle endotherme reacties, veroorzaken verschillende ervan een verlaging van de temperatuur van de omgeving. Dit komt omdat de geabsorbeerde warmte ergens vandaan komt. Als de conversie van A en B in een container zou worden uitgevoerd, zou deze daarom afkoelen.

Hoe endothermer de reactie, hoe kouder de container en zijn omgeving zullen worden. Sommige reacties zijn zelfs in staat om een ​​dunne ijslaag te vormen, alsof ze uit een koelkast zijn gekomen.

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

Er kan een kleine verwarring tussen beide scenario's optreden. Enerzijds is de hitte van de omgeving voldoende om de reactie spontaan voort te zetten en wordt een afkoeling waargenomen; en aan de andere kant is meer warmte nodig en wordt een efficiënte verwarmingsmethode gebruikt. In beide gevallen gebeurt hetzelfde: energie wordt opgenomen.

vergelijkingen

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

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:

AH_produceren- AH_reagentia = ΔH_rxn

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

c ΔH_FC + d ΔH_FD

Waar ΔH_F het is de enthalpie van de vorming van elke stof die bij de reactie betrokken is. Volgens afspraak hebben de stoffen in hun meest stabiele vormen AH_F= 0 O-moleculen bijvoorbeeld₂ en H₂, of een vast metaal, ze hebben ΔH_F= 0.

Dezelfde berekening wordt nu gedaan voor de reactanten, ΔH_reagentia:

naar ΔH_FA + b ΔH_FB

Maar zoals de vergelijking zegt dat ΔH_reagentia moet worden afgetrokken van ΔH_produceren, dan moet de vorige som vermenigvuldigd worden met -1. Dus je hebt:

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

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

Voorbeelden van veel voorkomende endotherme reacties

Verdamping van droogijs

Wie de witte dampen heeft gezien die uit een ijskar komen, is getuige geweest van een van de meest voorkomende voorbeelden van een endotherme "reactie"..

Naast een paar ijsjes hebben deze dampen losgemaakt van massief wit, droogijs genoemd, ook deel uitgemaakt van de scenario's om het effect van waas te creëren. Dit droogijs is niets meer dan vast koolstofdioxide, dat de temperatuur absorbeert en voordat de externe druk begint te sublimeren.

Een experiment voor een kindpubliek zou zijn om een ​​zak met droogijs te vullen en af ​​te dichten. Na een tijdje zal het opdrijven vanwege CO₂ gasvormig, dat werk genereert of de binnenwanden van de zak tegen atmosferische druk drukt.

Bakken van broden of koken van voedsel

Het bakken van brood is een voorbeeld van een chemische reactie, omdat er nu chemische veranderingen zijn als gevolg van warmte. Wie de geur van versgebakken brood ruikt, 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, onmisbaar om het brood te worden en zijn typische kenmerken te vertonen.

Naast de broden staat de keuken vol met voorbeelden van endotherme reacties. Wie kookt er dagelijks mee. Koken van pasta, onthardende granen, verhitten van maïskorrels, bakken van eieren, kruiden van vlees, bakken van een cake, thee zetten, broodjes verwarmen; elk van deze activiteiten zijn endotherme reacties.

zonnebaden

Zo simpel en gebruikelijk als ze lijken, vallen de zonnebaden die bepaalde reptielen nemen, zoals schildpadden en krokodillen, in de categorie van endotherme reacties. Schildpadden absorberen warmte van de zon om de temperatuur van hun organisme te regelen.

Zonder de zon behouden ze de warmte van het water om warm te blijven; wat uiteindelijk het water in je tanks of aquariums afkoelt.

Reactie van atmosferische stikstof en ozonvorming

De lucht bestaat voornamelijk uit stikstof en zuurstof. Tijdens onweersbuien komt er een energie vrij die de sterke bindingen kan verbreken die de stikstofatomen bij elkaar houden in het N-molecuul.₂:

N₂ + O₂ + Q => 2NO

Aan de andere kant kan zuurstof ultraviolette straling absorberen om ozon te worden; Allotrope zuurstof die zeer gunstig is in de stratosfeer, maar schadelijk voor het leven op het maaiveld. De reactie is:

3O₂ + v => 2O₃

Waarbij v betekent ultraviolette straling. Het mechanisme achter die simpele vergelijking is erg complex.

Water elektrolyse

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

2H₂O => 2H₂ + O₂

Ook natriumchloride kan aan dezelfde reactie lijden:

2NaCl => 2Na + Cl₂

In één elektrode zie je de vorming van metallisch natrium, en in de andere, groenige bubbels van chloor.

fotosynthese

Planten en bomen moeten zonlicht absorberen als energietoevoer om hun biomaterialen te synthetiseren. Hiervoor gebruikt het CO als grondstof₂ en water, dat door een lange reeks stappen wordt omgezet in glucose en andere suikers. Bovendien wordt er zuurstof gevormd, dat vrijkomt uit de bladeren.

Oplossingen van sommige zouten

Als natriumchloride wordt opgelost in water, zal er geen merkbare verandering in de buitentemperatuur van het vat of de container worden opgemerkt..

Sommige zouten, zoals calciumchloride, CaCl₂, verhoog de temperatuur van het water als een product van de grote hydratatie van de Ca-ionen²⁺. En andere zouten, zoals nitraat of ammoniumchloride, NH₄NO₃ en NH₄Cl, verlaag de temperatuur van het water en koel de omgeving.

In de klaslokalen worden meestal zelfgemaakte experimenten gedaan waarbij sommige van deze zouten worden opgelost om aan te tonen wat een endotherme reactie is.

De temperatuurdaling is te wijten aan de hydratatie van de NH-ionen₄⁺ het heeft geen voorkeur tegen het oplossen van de kristallijne rangschikkingen van zijn zouten. Dientengevolge absorberen de zouten warmte uit het water om de ionen te laten oplossen.

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

Ba (OH)₂· 8H₂O + 2NH₄NO₃ => Ba (NO₃)₂ + 2NH₃ +10H₂O

Let op de hoeveelheid gevormd water. Door beide vaste stoffen te mengen, wordt een waterige Ba-oplossing verkregen (NO₃)₂, met een geur van ammoniak, en met zo'n temperatuurdaling die letterlijk het buitenoppervlak van de container bevriest.

Thermische decomposities

Een van de meest voorkomende thermische decomposities is natriumbicarbonaat, NaHCO₃, om CO te produceren₂ en water bij verwarming. Veel vaste stoffen, inclusief carbonaten, hebben de neiging te ontleden om CO vrij te maken₂ en het overeenkomstige oxide. De afbraak van calciumcarbonaat is bijvoorbeeld als volgt:

CaCO₃ + Q => CaO + CO₂

Hetzelfde gebeurt met magnesium, strontium en bariumcarbonaten.

Het is belangrijk op te merken dat een thermische ontleding anders is dan een verbranding. In de eerste is er geen ontsteking of wordt er warmte afgegeven, terwijl in de tweede ja; dat wil zeggen, verbranding is een exotherme reactie, hoewel het een initiële warmtebron nodig heeft om plaats te vinden of spontaan op te treden.

Ammoniumchloride in water

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

Natriumtriosulfaat

Wanneer de natriumthiosulfaatkristallen (Na₂S₂O₃.5H₂O), gewoonlijk hypo genoemd, lost 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 in de circulatie van deze voertuigen.

Kokende vloeistoffen

Door een vloeistof in de hitte te plaatsen, wint het energie en gaat het in een gasvormige toestand.

Een ei koken

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

Koken eten

Over het algemeen treden altijd endotherme reacties op wanneer er met warmte wordt gekookt om de eigenschappen van voedsel te veranderen.

Deze reacties zorgen ervoor dat het voedsel zachter wordt, maakbare massa's aan, laat de componenten die ze bevatten vrijgeven, onder andere.

Voedsel in de magnetron verwarmen

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

Gegoten glas

De absorptie van warmte door het glas maakt hun gewrichten flexibeler, waardoor hun vorm gemakkelijker te veranderen is.

Consumptie van een kaars

De kaarsvet smelt terwijl het de hitte van de vlam absorbeert en zijn vorm verandert.

Reinigen met heet water

Wanneer u heet water gebruikt om objecten te reinigen die met vet zijn ingesmeerd, zoals potten of kleding, wordt het vet vloeibaarder en gemakkelijker te verwijderen.

Warmsterilisatie van voedsel en andere objecten

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

Wanneer er veel warmte wordt toegevoerd, treden reacties in de microbiële cellen op. Veel van deze reacties, zoals het verbreken van bindingen of eiwitdenaturatie, eindigen het doden van micro-organismen.

Bestrijding van infecties met koorts

Wanneer een koorts zich manifesteert, komt dit doordat het lichaam de nodige warmte produceert om de bacteriën en virussen te doden die infecties veroorzaken en ziekten genereren.

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

Waterverdamping

Wanneer water verdampt en transformeert in stoom, komt dit door de warmte die het van de omgeving ontvangt. Omdat de thermische energie wordt ontvangen door elk molecuul water, neemt de trillingsenergie ervan toe tot het punt waarop het vrij kan bewegen, waardoor er damp ontstaat.

referenties

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