EIN endotherme Reaktion Es ist eines, das stattfinden muss, um Energie in Form von Wärme oder Strahlung aus seiner Umgebung zu absorbieren. Im Allgemeinen, aber nicht immer, können sie an einem Temperaturabfall in ihrer Umgebung erkannt werden. oder im Gegenteil, sie benötigen eine Wärmequelle, wie sie von einer brennenden Flamme erhalten wird.
Die Absorption von Energie oder Wärme ist das, was alle endothermen Reaktionen gemeinsam haben; Ihre Natur sowie die damit verbundenen Transformationen sind sehr unterschiedlich. Wie viel Wärme sollten sie aufnehmen? Die Antwort hängt von seiner Thermodynamik ab: der Temperatur, bei der die Reaktion spontan abläuft.
Eine der emblematischsten endothermen Reaktionen ist beispielsweise die Zustandsänderung von Eis zu flüssigem Wasser. Eis muss Wärme aufnehmen, bis seine Temperatur ungefähr 0 ° C erreicht. bei dieser Temperatur wird sein Schmelzen spontan und das Eis wird absorbiert, bis es vollständig geschmolzen ist.
In heißen Räumen, wie zum Beispiel an den Ufern eines Strandes, sind die Temperaturen höher und daher nimmt das Eis Wärme schneller auf. das heißt, es schmilzt schneller. Das Schmelzen von Gletschern ist ein Beispiel für eine unerwünschte endotherme Reaktion.
Warum passiert das so? Warum kann Eis nicht als heißer Feststoff erscheinen? Die Antwort liegt in der durchschnittlichen kinetischen Energie der Wassermoleküle in beiden Zuständen und in der Art und Weise, wie sie über ihre Wasserstoffbrücken miteinander interagieren..
In flüssigem Wasser haben seine Moleküle eine größere Bewegungsfreiheit als in Eis, wo sie in seinen Kristallen stationär schwingen. Um sich zu bewegen, müssen Moleküle Energie so absorbieren, dass ihre Schwingungen die starken gerichteten Wasserstoffbrückenbindungen im Eis aufbrechen..
Aus diesem Grund nimmt Eis Wärme zum Schmelzen auf. Damit "heißes Eis" existiert, müssten Wasserstoffbrückenbindungen ungewöhnlich stark sein, um bei einer Temperatur weit über 0ºC zu schmelzen..
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Die Zustandsänderung ist keine chemische Reaktion; Das gleiche passiert jedoch: Das Produkt (flüssiges Wasser) hat eine höhere Energie als der Reaktant (Eis). Dies ist das Hauptmerkmal einer endothermen Reaktion oder eines endothermen Prozesses: Die Produkte sind energiereicher als die Reaktanten.
Dies ist zwar richtig, bedeutet jedoch nicht, dass Produkte notwendigerweise instabil sein müssen. In diesem Fall ist die endotherme Reaktion nicht mehr unter allen Temperatur- oder Druckbedingungen spontan..
Betrachten Sie die folgende chemische Gleichung:
A + Q => B.
Wobei Q Wärme darstellt, normalerweise ausgedrückt in Joule (J) oder Kalorien (cal). Wenn A Wärme Q absorbiert, um sich in B umzuwandeln, wird gesagt, dass es sich um eine endotherme Reaktion handelt. Somit hat B mehr Energie als A und muss genug Energie absorbieren, um seine Umwandlung zu erreichen.
Wie im obigen Diagramm zu sehen ist, hat A weniger Energie als B. Die von A absorbierte Wärmemenge Q ist so, dass sie die Aktivierungsenergie (die Energie, die benötigt wird, um den violetten Peak mit dem gepunkteten Dach zu erreichen) überwindet. Der Energieunterschied zwischen A und B ist als Reaktionsenthalpie ΔH bekannt.
Allen endothermen Reaktionen ist das obige Diagramm gemeinsam, da die Produkte energetischer sind als die Reaktanten. Daher ist die Energiedifferenz zwischen ihnen, ΔH, immer positiv (H.Produkt-H.Reagens > 0). Da dies wahr ist, muss Wärme oder Energie aus der Umgebung absorbiert werden, um diesen Energiebedarf zu decken..
Und wie werden solche Ausdrücke interpretiert? Bei einer chemischen Reaktion werden Bindungen immer aufgebrochen, um neue zu erzeugen. Um sie zu brechen, ist die Absorption von Energie notwendig; Das heißt, es ist ein endothermer Schritt. Währenddessen impliziert die Bildung der Bindungen Stabilität, so dass es sich um einen exothermen Schritt handelt..
Wenn die gebildeten Bindungen keine Stabilität bieten, die mit der zum Aufbrechen der alten Bindungen erforderlichen Energiemenge vergleichbar ist, handelt es sich um eine endotherme Reaktion. Aus diesem Grund wird zusätzliche Energie benötigt, um das Aufbrechen der stabilsten Bindungen in den Reaktanten zu fördern..
Andererseits tritt bei exothermen Reaktionen das Gegenteil auf: Wärme wird freigesetzt und ΔH ist < 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.
Obwohl dies nicht für alle endothermen Reaktionen gilt, verursachen einige von ihnen einen Temperaturabfall in ihrer Umgebung. Dies liegt daran, dass die absorbierte Wärme von irgendwoher kommt. Wenn die Umwandlung von A und B in einem Behälter durchgeführt würde, würde dieser folglich abgekühlt.
Je endothermer die Reaktion ist, desto kälter werden der Behälter und seine Umgebung. Einige Reaktionen können sogar eine dünne Eisschicht bilden, als wären sie aus einem Kühlschrank gekommen..
Es gibt jedoch Reaktionen dieser Art, die ihre Umgebung nicht kühlen. Warum? Weil die Umgebungswärme nicht ausreicht; das heißt, es liefert nicht das notwendige Q (J, cal), das in chemischen Gleichungen geschrieben ist. Daher tritt Feuer oder ultraviolette Strahlung ein..
Zwischen den beiden Szenarien kann eine kleine Verwirrung entstehen. Einerseits reicht die Wärme aus der Umgebung aus, damit die Reaktion spontan abläuft und eine Abkühlung beobachtet wird; Andererseits wird mehr Wärme benötigt und ein effizientes Heizverfahren wird verwendet. In beiden Fällen passiert dasselbe: Energie wird absorbiert.
Was sind die relevanten Gleichungen in einer endothermen Reaktion? Wie bereits erläutert, muss ΔH positiv sein. Um es zu berechnen, wird zuerst die folgende chemische Gleichung betrachtet:
aA + bB => cC + dD
Wobei A und B die Reaktanten sind und C und D die Produkte sind. Die Kleinbuchstaben (a, b, c und d) sind die stöchiometrischen Koeffizienten. Um das ΔH dieser generischen Reaktion zu berechnen, wird der folgende mathematische Ausdruck angewendet:
ΔHProdukte- ΔHReagenzien = ΔHrxn
Sie können direkt fortfahren oder die Berechnungen separat durchführen. Für ΔHProdukte Die folgende Summe muss berechnet werden:
c ΔHF.C + d & Dgr; H.F.D.
Wobei ΔHF. ist die Bildungsenthalpie jeder an der Reaktion beteiligten Substanz. Konventionell haben Substanzen in ihren stabilsten Formen ΔHF.= 0. Zum Beispiel Moleküle von O.zwei und H.zwei, oder ein festes Metall haben ΔHF.= 0.
Die gleiche Berechnung wird jetzt für die Reaktanten ΔH durchgeführtReagenzien::
a ΔHF.A + b ΔHF.B.
Aber da die Gleichung besagt, dass ΔHReagenzien muss von ΔH abgezogen werdenProdukte, dann muss die obige Summe mit -1 multipliziert werden. Also hast du:
c ΔHF.C + d & Dgr; H.F.D - (a & Dgr; H.F.A + b ΔHF.B)
Wenn das Ergebnis dieser Berechnung eine positive Zahl ist, handelt es sich um eine endotherme Reaktion. Und wenn es negativ getestet wird, ist es eine exotherme Reaktion.
Jeder, der jemals diese weißen Dämpfe gesehen hat, die von einem Eiswagen ausgehen, hat eines der häufigsten Beispiele für eine endotherme "Reaktion" gesehen..
Abgesehen von einigen Eiscremes waren diese Dämpfe, die von weißen Feststoffen abgegeben wurden, Trockeneis genannt, auch Teil der Szenarien, um die Wirkung von Nebel hervorzurufen. Dieses Trockeneis ist nichts anderes als festes Kohlendioxid, das beim Absorbieren der Temperatur und bevor der Außendruck zu sublimieren beginnt.
Ein Experiment für ein Kinderpublikum wäre, einen Beutel mit Trockeneis zu füllen und zu verschließen. Nach einer Weile wird es schließlich aufgrund von CO aufgeblasenzwei gasförmig, das Arbeit erzeugt oder die Innenwände des Beutels gegen atmosphärischen Druck drückt.
Das Backen von Brot ist ein Beispiel für eine chemische Reaktion, da es jetzt chemische Veränderungen aufgrund von Hitze gibt. Jeder, der das Aroma von frisch gebackenem Brot gerochen hat, weiß, dass eine endotherme Reaktion auftritt.
Der Teig und alle seine Zutaten benötigen die Wärme des Ofens, um alle Umwandlungen durchzuführen, die wesentlich sind, um Brot zu werden und seine typischen Eigenschaften zu zeigen..
Neben Brot gibt es in der Küche viele Beispiele für endotherme Reaktionen. Wer kocht, kümmert sich täglich um sie. Nudeln kochen, Körner weich machen, Maiskörner erhitzen, Eier kochen, Fleisch würzen, Kuchen backen, Tee kochen, Sandwiches erhitzen; Jede dieser Aktivitäten sind endotherme Reaktionen.
So einfach und häufig sie auch erscheinen mögen, Sonnenbäder bestimmter Reptilien wie Schildkröten und Krokodile fallen in die Kategorie der endothermen Reaktionen. Schildkröten absorbieren Sonnenwärme, um ihre Körpertemperatur zu regulieren.
Ohne die Sonne behalten sie die Wärme des Wassers, um sich warm zu halten; Dies führt zur Abkühlung des Wassers in Ihren Teichen oder Aquarien.
Luft besteht hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff. Bei Gewittern wird solche Energie freigesetzt, dass sie die starken Bindungen aufbrechen kann, die die Stickstoffatome im N-Molekül zusammenhalten.zwei::
N.zwei + ODERzwei + Q => 2NO
Andererseits kann Sauerstoff ultraviolette Strahlung absorbieren, um Ozon zu werden. Allotrop von Sauerstoff, das in der Stratosphäre sehr vorteilhaft ist, aber das Leben am Boden beeinträchtigt. Die Reaktion ist:
3Ozwei + v => 2O3
Wobei v ultraviolette Strahlung bedeutet. Der Mechanismus hinter dieser einfachen Gleichung ist sehr komplex.
Die Elektrolyse nutzt elektrische Energie, um ein Molekül in seine sich bildenden Elemente oder Moleküle zu trennen. Beispielsweise werden bei der Elektrolyse von Wasser zwei Gase erzeugt: Wasserstoff und Sauerstoff, jeweils in unterschiedlichen Elektroden:
2HzweiO => 2Hzwei + ODERzwei
Auch Natriumchlorid kann dieselbe Reaktion eingehen:
2NaCl => 2Na + Clzwei
In einer Elektrode sehen Sie die Bildung von metallischem Natrium und in der anderen grünliche Chlorblasen.
Pflanzen und Bäume müssen Sonnenlicht als Energieversorgung absorbieren, um ihre Biomaterialien zu synthetisieren. Hierfür wird CO als Rohstoff verwendet.zwei und Wasser, das durch eine lange Reihe von Schritten in Glucose und andere Zucker umgewandelt wird. Zusätzlich wird Sauerstoff gebildet, der aus den Blättern freigesetzt wird.
Wenn Natriumchlorid in Wasser gelöst wird, ändert sich die Außentemperatur des Glases oder Behälters nicht merklich..
Einige Salze wie Calciumchlorid, CaClzwei, Erhöhen Sie die Wassertemperatur als Produkt der starken Hydratation von Ca-Ionenzwei+. Und andere Salze wie Ammoniumnitrat oder -chlorid, NH4NICHT3 und NH4Cl, senken Sie die Temperatur des Wassers und kühlen Sie seine Umgebung.
In Klassenzimmern werden Heimversuche normalerweise durchgeführt, indem einige dieser Salze gelöst werden, um zu zeigen, was eine endotherme Reaktion ist..
Der Temperaturabfall ist auf die Hydratation der NH-Ionen zurückzuführen4+ es ist nicht gegen die Auflösung der kristallinen Anordnungen seiner Salze bevorzugt. Folglich absorbieren die Salze Wärme aus dem Wasser, damit die Ionen solvatisiert werden können..
Eine andere chemische Reaktion, die normalerweise sehr häufig ist, um dies zu demonstrieren, ist die folgende:
Ba (OH)zwei8HzweiO + 2NH4NICHT3 => Ba (NO3)zwei + 2NH3 +10HzweiODER
Beachten Sie die Menge an gebildetem Wasser. Durch Mischen beider Feststoffe wird eine wässrige Lösung von Ba (NO3)zwei, nach Ammoniak riechend und mit einem Temperaturabfall, so dass es die äußere Oberfläche des Behälters buchstäblich einfriert.
Eine der häufigsten thermischen Zersetzungen ist die von Natriumbicarbonat, NaHCO3, CO zu produzierenzwei und Wasser beim Erhitzen. Viele Feststoffe, einschließlich Carbonate, werden häufig abgebaut, um CO freizusetzenzwei und das entsprechende Oxid. Beispielsweise ist die Zersetzung von Calciumcarbonat wie folgt:
Dieb3 + Q => CaO + COzwei
Gleiches gilt für Magnesium-, Strontium- und Bariumcarbonate.
Es ist wichtig zu beachten, dass sich die thermische Zersetzung von der Verbrennung unterscheidet. Im ersten Fall ist keine Zündung vorhanden oder es wird Wärme freigesetzt, während im zweiten Fall Zündung vorhanden ist. Das heißt, die Verbrennung ist eine exotherme Reaktion, selbst wenn eine anfängliche Wärmequelle benötigt wird, um zu erfolgen oder spontan aufzutreten.
Wenn eine kleine Menge Ammoniumchlorid (NH 4 Cl) in einem Reagenzglas in Wasser gelöst wird, wird das Röhrchen kälter als zuvor. Während dieser chemischen Reaktion wird Wärme aus der Umgebung absorbiert.
Wenn Kristalle von Natriumthiosulfat (NazweiS.zweiODER3.5HzweiO), allgemein Schluckauf genannt, lösen sich in Wasser auf, es tritt ein Kühleffekt auf.
Bei der Verbrennung von Benzin oder Diesel in Motoren von Pkw, Lkw, Traktoren oder Bussen entsteht mechanische Energie, die im Verkehr dieser Fahrzeuge verwendet wird.
Durch das Erhitzen einer Flüssigkeit gewinnt sie Energie und geht in einen gasförmigen Zustand über.
Wenn Wärme angewendet wird, werden die Eiproteine denaturiert und bilden die feste Struktur, die normalerweise aufgenommen wird..
Im Allgemeinen treten beim Kochen mit Hitze immer endotherme Reaktionen auf, um die Eigenschaften von Lebensmitteln zu verändern.
Diese Reaktionen führen dazu, dass Lebensmittel weicher werden, formbare Massen erzeugen und unter anderem die darin enthaltenen Komponenten freisetzen..
Durch Mikrowellenstrahlung absorbieren Wassermoleküle in Lebensmitteln Energie, beginnen zu vibrieren und erhöhen die Temperatur des Lebensmittels.
Die Wärmeaufnahme durch das Glas macht die Fugen flexibel und die Form leichter zu ändern.
Kerzenwachs schmilzt, indem es Wärme von der Flamme absorbiert und ihre Form ändert.
Wenn Sie mit Fett befleckte Gegenstände wie Töpfe oder Kleidung mit heißem Wasser reinigen, wird das Fett flüssiger und lässt sich leichter entfernen.
Beim Erhitzen von Gegenständen oder Lebensmitteln erhöhen die darin enthaltenen Mikroorganismen auch ihre Temperatur.
Wenn viel Wärme zugeführt wird, treten Reaktionen in mikrobiellen Zellen auf. Viele dieser Reaktionen, wie das Aufbrechen von Bindungen oder die Denaturierung von Proteinen, töten die Mikroorganismen ab.
Wenn Fieber auftritt, produziert der Körper die notwendige Wärme, um die Bakterien und Viren abzutöten, die Infektionen verursachen und Krankheiten verursachen..
Wenn viel Wärme erzeugt wird und das Fieber hoch ist, sind auch die Körperzellen betroffen und es besteht die Gefahr des Todes.
Wenn Wasser verdunstet und sich in Dampf verwandelt, ist dies auf die Wärme zurückzuführen, die es von der Umgebung erhält. Wenn jedes Wassermolekül Wärmeenergie empfängt, steigt seine Schwingungsenergie bis zu dem Punkt an, an dem es sich frei bewegen kann und Dampf erzeugt..
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