ENDOTERMISK REAKTION: EGENSKAPER, EKVATIONER OCH EXEMPEL - KEMI - 2026

En endoterm reaktion är en reaktion som måste uppta energi i form av värme eller strålning från omgivningen. I allmänhet, men inte alltid, kan de känna igen en temperaturfall i omgivningen; eller tvärtom, de behöver en värmekälla, till exempel den som erhålls genom en brinnande låga.

Absorptionen av energi eller värme är vad alla endotermiska reaktioner har gemensamt; deras natur, liksom de involverade omvandlingarna, är mycket olika. Hur mycket värme ska de ta upp? Svaret beror på dess termodynamik: temperaturen vid vilken reaktionen sker spontant.

Smältande isstalaktit. Källa: Pixabay

Till exempel är en av de mest emblematiska endotermiska reaktionerna förändringen av tillstånd från is till flytande vatten. Isen behöver ta upp värme tills dess temperatur når ungefär 0 ° C; vid den temperaturen blir smältningen spontan och isen kommer att absorbera tills den har smält helt.

I varma utrymmen, som vid stranden, är temperaturen högre och därför absorberar isen snabbare värme; det vill säga smälter snabbare. Smältningen av glaciärer är ett exempel på en oönskad endoterm reaktion.

Varför händer det så här? Varför kan is inte framstå som ett hett fast ämne? Svaret ligger i den genomsnittliga kinetiska energin för vattenmolekylerna i båda tillstånden och hur de interagerar med varandra genom sina vätebindningar.

I flytande vatten har dess molekyler större rörelsefrihet än i is, där de vibrerar stillastående i dess kristaller. För att röra sig måste molekyler absorbera energi på ett sådant sätt att deras vibrationer bryter de starka riktade vätebindningarna i isen.

Av denna anledning absorberar is värme för att smälta. För att "het is" ska existera, måste vätebindningar vara onormalt starka för att smälta vid en temperatur långt över 0 ° C.

Egenskaper för en endoterm reaktion

Tillståndsändringen är inte korrekt en kemisk reaktion; Men samma sak händer: produkten (flytande vatten) har högre energi än reaktanten (is). Detta är huvudkarakteristiken för en endoterm reaktion eller process: produkterna är mer energiska än reaktanterna.

Även om detta är sant, betyder det inte att produkter nödvändigtvis måste vara instabila. I fallet så upphör den endoterma reaktionen att vara spontan under alla temperatur- eller tryckförhållanden.

Tänk på följande kemiska ekvation:

A + Q => B

Där Q representerar värme, vanligtvis uttryckt i enheterna för joule (J) eller kalorier (kal). När A absorberar värme Q för att förvandlas till B sägs det då att det är en endoterm reaktion. Således har B mer energi än A och måste absorbera tillräckligt med energi för att uppnå sin transformation.

Endotermiskt reaktionsschema för A och B. Källa: Gabriel Bolívar

Som framgår av diagrammet ovan har A mindre energi än B. Mängden värme Q som absorberas av A är sådan att den övervinner aktiveringsenergin (energin som behövs för att nå den lila prickade toppen). Skillnaden i energi mellan A och B är vad som kallas entalpin för reaktionen, ΔH.

ΔH> 0

Alla endotermiska reaktioner har ovanstående diagram gemensamt eftersom produkterna är mer energiska än reaktanterna. Därför är energidifferensen mellan dem, ΔH, alltid positiv (H- _produkt -H- _reaktiv > 0). Eftersom detta är sant måste det finnas en absorption av värme eller energi från omgivningen för att tillhandahålla detta energibehov.

Och hur tolkas sådana uttryck? Vid en kemisk reaktion bryts alltid bindningar för att skapa nya. För att bryta dem är absorptionen av energi nödvändig; det är, det är ett endotermt steg. Samtidigt innebär bildandet av bindningarna stabilitet, så det är ett exotermt steg.

När de bildade bindningarna inte ger stabilitet som är jämförbar med den mängd energi som krävs för att bryta de gamla bindningarna är det en endoterm reaktion. Därför behövs ytterligare energi för att främja brytningen av de mest stabila bindningarna i reaktanterna.

Å andra sidan, vid exoterma reaktioner inträffar det motsatta: värme frisätts och ΔH är <1 (negativ). Här är produkterna mer stabila än reaktanterna, och diagrammet mellan A och B ändrar form; nu är B under A, och aktiveringsenergin är lägre.

De svalnar omgivningarna

Även om det inte gäller alla endotermiska reaktioner, orsakar flera av dem en sänkning av temperaturen i omgivningen. Detta beror på att den absorberade värmen kommer från någonstans. Följaktligen, om omvandlingen av A och B skulle ske i en behållare, skulle den svalna.

Ju mer endotermisk reaktionen blir, desto kallare blir behållaren och dess omgivningar. I själva verket kan vissa reaktioner till och med bilda ett tunt lager is, som om de hade kommit ut ur kylskåpet.

Det finns emellertid reaktioner av denna typ som inte kyler omgivningarna. Varför? Eftersom den omgivande värmen är otillräcklig; det vill säga, det ger inte den nödvändiga Q (J, cal) som är skriven i kemiska ekvationer. Därför är det när eld eller UV-strålning kommer in.

Lite förvirring kan uppstå mellan de två scenarierna. Å ena sidan är den omgivande värmen tillräcklig för att reaktionen ska fortsätta spontant, och kylning observeras; och å andra sidan krävs mer värme och en effektiv uppvärmningsmetod används. I båda fallen händer samma sak: energi absorberas.

ekvationer

Vad är de relevanta ekvationerna i en endoterm reaktion? Som redan förklarats måste ΔH vara positiv. För att beräkna den beaktas först följande kemiska ekvation:

aA + bB => cC + dD

Där A och B är reaktanterna, och C och D är produkterna. Små bokstäverna (a, b, c och d) är de stökiometriska koefficienterna. För att beräkna ΔH för denna generiska reaktion används följande matematiska uttryck:

ΔH- _produkter - ΔH- _reagenser = ΔH _rxn

Du kan fortsätta direkt eller göra beräkningarna separat. För ΔH- _produkter måste följande summa beräknas:

c ΔH _f C + d ΔH _f D

Där AH _f är entalpin för bildandet av varje ämne som deltar i reaktionen. I enlighet med konventionen har ämnen i deras mest stabila former ΔH _f = 0. Exempelvis molekyler av O ₂ och H ₂ , eller en fast metall, har AH _f = 0.

Samma beräkning görs nu för reaktanterna, ΔH _Reagents :

a ΔH _f A + b ΔH _f B

Men eftersom ekvationen säger att ΔH- _reagens måste subtraheras från ΔH- _produkter , måste summan ovan multipliceras med -1. Så du har:

c ΔH _f C + d ΔH _f D - (a ΔH _f A + b ΔH _f B)

Om resultatet av denna beräkning är ett positivt tal är det en endoterm reaktion. Och om det är negativt är det en exoterm reaktion.

Exempel på vanliga endotermiska reaktioner

Förångning av torris

Torris. Källa: Nevit, från Wikimedia Commons

Den som någonsin har sett de vita rökarna som härstammar från en glassvagn har bevittnat ett av de vanligaste exemplen på en endotermisk "reaktion".

Utöver vissa glassar har dessa ångor som frisätts från vita fasta ämnen, kallad torris, också varit en del av scenarierna för att skapa diseffekten. Denna torris är inget annat än fast koldioxid, som när man absorberar temperatur och yttre tryck börjar sublimera.

Ett experiment för en barnpublik skulle vara att fylla och försegla en påse med torr is. Efter ett tag kommer det att hamna i uppblåsning på grund av gasformig CO ₂ , som genererar arbete eller pressar påsens inre väggar mot atmosfärstryck.

Bakning av bröd eller matlagning

Bakat bröd. Källa: Pixabay

Att baka bröd är ett exempel på en kemisk reaktion eftersom det nu sker kemiska förändringar på grund av värme. Den som har luktat doften av nybakat bröd vet att en endoterm reaktion inträffar.

Degen och alla dess ingredienser behöver ugnsvärmen för att genomföra alla omvandlingar, nödvändiga för att bli bröd och uppvisa dess typiska egenskaper.

Förutom bröd är köket fullt av exempel på endotermiska reaktioner. Den som lagar mat hanterar dem dagligen. Matlagning av pasta, mjukning av kärnorna, uppvärmning av majskärnor, matlagning av ägg, smaksättning av kött, bakning av en kaka, tillagning av te, uppvärmning av smörgåsar; var och en av dessa aktiviteter är endotermiska reaktioner.

sola

Sköldpaddor får ett solbad. Källa: Pixabay

Så enkla och vanliga som de kan verka, faller solbad som tas av vissa reptiler, som sköldpaddor och krokodiller, i kategorin av endotermiska reaktioner. Sköldpaddor absorberar värme från solen för att reglera deras kroppstemperatur.

Utan solen behåller de värmen i vattnet för att hålla varmen; som slutar med att kyla vattnet i dina dammar eller fiskbehållare.

Reaktion av atmosfäriskt kväve- och ozonbildning

Blixt. Källa: Pixabay

Luft består huvudsakligen av kväve och syre. Under elektriska stormar frigörs sådan energi att den kan bryta de starka bindningarna som håller kväveatomerna samman i N _2- molekylen :

N ₂ + O ₂ + Q => 2NO

Å andra sidan kan syre absorbera ultraviolett strålning för att bli ozon; allotrop syre som är mycket fördelaktigt i stratosfären, men skadligt för livet på marknivån. Reaktionen är:

3O ₂ + v => 2O ₃

Där v betyder ultraviolett strålning. Mekanismen bakom den enkla ekvationen är mycket komplex.

Elektrolys av vatten

Elektrolys använder elektrisk energi för att separera en molekyl i dess bildande element eller molekyler. Till exempel, vid elektrolys av vatten, alstras två gaser: väte och syre, var och en i olika elektroder:

2H ₂ O => 2H ₂ + O ₂

Dessutom kan natriumklorid genomgå samma reaktion:

2NaCl => 2Na + Cl ₂

I en elektrod ser du bildningen av metalliskt natrium och i den andra grönaktiga bubblor av klor.

Fotosyntes

Växter och träd behöver absorbera solljus som energiförsörjning för att syntetisera sina biomaterial. För detta använder den CO ₂ och vatten som råmaterial , som genom en lång serie steg omvandlas till glukos och andra sockerarter. Dessutom bildas syre som frigörs från bladen.

Lösningar av vissa salter

Om natriumklorid löses i vatten kommer ingen märkbar förändring att märkas i den yttre temperaturen på glaset eller behållaren.

Vissa salter, såsom kalciumklorid, CaCl ₂ , öka temperaturen på vattnet som ett resultat av den stora hydratiseringen av Ca ^{2 +} -joner . Och andra salter, såsom ammoniumnitrat eller klorid, NH ₄ NO ₃ och NH ₄ Cl, sänka temperaturen på vattnet och kyla dess omgivningar.

I klassrum görs ofta hemförsök genom att lösa upp några av dessa salter för att visa vad en endoterm reaktion är.

Fallet i temperatur beror på det faktum att hydratiseringen av NH ₄ ⁺ -joner inte gynnas mot upplösning av de kristallina arrangemang av deras salter. Följaktligen absorberar salterna värme från vattnet så att jonerna kan lösas.

En annan kemisk reaktion som vanligtvis är mycket vanligt att visa detta är följande:

Ba (OH) ₂ 8H ₂ O + 2NH ₄ NO ₃ => ba (NO ₃ ) ₂ + 2NH ₃ + 10H ₂ O

Notera mängden bildat vatten. När båda fasta ämnena blandas _erhålls en vattenlösning av Ba (NO ₃ ) ₂ med lukten av ammoniak och med en sänkning av temperaturen så att den bokstavligen fryser behållarens yttre yta.

Termiska sönderdelningar

En av de mest vanliga termiska sönderdelningar är att av natriumbikarbonat, NaHCOa ₃ , för att producera CO ₂ och vatten vid upphettning. Många fasta ämnen, inklusive karbonater, bryts ofta ned för att frisätta CO ₂ och motsvarande oxid. Exempelvis är nedbrytningen av kalciumkarbonat enligt följande:

CaCO ₃ + Q => CaO + CO ₂

Detsamma gäller för magnesium, strontium och bariumkarbonater.

Det är viktigt att notera att termisk sönderdelning skiljer sig från förbränning. I det första finns det ingen närvaro av antändning eller värme släpps, medan det i det andra finns; det vill säga förbränning är en exoterm reaktion, även när den kräver att en initial värmekälla ska äga rum eller inträffa spontant.

Ammoniumklorid i vatten

När en liten mängd ammoniumklorid (NH4Cl) löses i vatten i ett provrör blir röret kallare än tidigare. Under denna kemiska reaktion absorberas värme från miljön.

Natriumtriosulfat

När kristaller av natriumtiosulfat (Na ₂ S ₂ O ₃ 5H ₂ O), som brukar kallas hypo, löser sig i vatten, sker en kylande effekt.

Bilmotorer

Att bränna bensin eller diesel i bil-, lastbil-, traktor- eller bussmotorer producerar mekanisk energi, som används i cirkulationen av dessa fordon.

Kokande vätskor

Genom att sätta en vätska till värme, får den energi och går i ett gasformigt tillstånd.

Koka ett ägg

När värme appliceras denatureras äggproteinerna och bildar den fasta strukturen som vanligtvis intas.

Matlagning

I allmänhet sker alltid endotermiska reaktioner när man lagar mat med värme för att ändra matens egenskaper.

Dessa reaktioner är det som får mat att bli mjukare, generera formbara massor, frigör bland annat de komponenter som de innehåller.

Uppvärmning av mat i mikrovågsugn

På grund av mikrovågsstrålning absorberar vattenmolekyler i maten energi, börjar vibrera och öka matens temperatur.

Gjutning av glas

Upptaget av värme i glaset gör att lederna är flexibla och gör formen lättare att ändra.

Konsumtion av ett ljus

Ljusvax smälter genom att ta upp värmen från lågan och ändra form.

Rengöring av varmt vatten

När du använder varmt vatten för att rengöra föremål som har färgats med fett, som krukor eller kläder, blir fettet tunnare och är lättare att ta bort.

Värmesterilisering av mat och andra föremål

Vid uppvärmning av föremål eller mat ökar också de mikroorganismer som de innehåller temperaturen.

När mycket värme tillförs inträffar reaktioner i mikrobiella celler. Många av dessa reaktioner, såsom brytning av bindningar eller denaturering av proteiner, slutar att döda mikroorganismerna.

Bekämpa infektioner med feber

När en feber uppstår beror det på att kroppen producerar den värme som krävs för att döda bakterier och virus som orsakar infektioner och orsakar sjukdom.

Om värmen som genereras är hög och febern är hög påverkas också kroppens celler och det finns risk för dödsfall.

Vattenindunstning

När vatten förångas och förvandlas till ånga beror det på värmen det får från miljön. När termisk energi tas emot av varje vattenmolekyl ökar dess vibrationsenergi till den punkt där den kan röra sig fritt och skapa ånga.

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
2. Wikipedia. (2018). Endotermisk process. Återställd från: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27 december 2018). Exempel på endoterm reaktion. Återställd från: thoughtco.com
4. Khan akademin. (2019). Endotermisk vs. exoterma reaktioner. Återställd från: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Vad händer på den molekylära nivån under en endoterm reaktion? Hearst Seattle Media. Återställd från: utbildning.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Beräkning av reaktionens entalpi från formationens entalpier. Återställd från: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Exempel på endoterm reaktion. Återställd från:
   quimicas.net.