REACȚIE ENDOTERMĂ: CARACTERISTICI, ECUAȚII ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

O reacție endotermică este cea care să aibă loc trebuie să absoarbă energie, sub formă de căldură sau radiație, din împrejurimile sale. În general, dar nu întotdeauna, ele pot fi recunoscute printr-o scădere a temperaturii în împrejurimile lor; sau dimpotrivă, au nevoie de o sursă de căldură, cum ar fi cea obținută de o flacără arzătoare.

Absorbția de energie sau căldură este ceea ce toate reacțiile endotermice au în comun; natura lor, precum și transformările implicate, sunt foarte diverse. Câtă căldură trebuie să absoarbă? Răspunsul depinde de termodinamica sa: temperatura la care reacția are loc spontan.

Topirea stalactitei de gheață. Sursa: Pixabay

De exemplu, una dintre cele mai emblematice reacții endotermice este schimbarea stării de la gheață la apă lichidă. Gheața trebuie să absoarbă căldura până când temperatura ei atinge aproximativ 0ºC; la acea temperatură topirea ei devine spontană, iar gheața va absorbi până când s-a topit complet.

În spațiile calde, cum ar fi pe malul unei plaje, temperaturile sunt mai ridicate și, prin urmare, gheața absoarbe mai mult căldura; adică se topește mai repede. Topirea ghețarilor este un exemplu de reacție endotermă nedorită.

De ce se întâmplă astfel? De ce nu poate apărea gheața ca un solid fierbinte? Răspunsul constă în energia cinetică medie a moleculelor de apă din ambele stări și modul în care interacționează între ele prin legăturile lor de hidrogen.

În apa lichidă, moleculele sale au o libertate de mișcare mai mare decât în ​​gheață, unde vibrează staționar în cristalele sale. Pentru a se deplasa, moleculele trebuie să absoarbă energia, astfel încât vibrațiile lor să rupă legăturile puternice de hidrogen din gheață.

Din acest motiv, gheața absoarbe căldura pentru a se topi. Pentru ca „gheața fierbinte” să existe, legăturile de hidrogen ar trebui să fie anormal de puternice pentru a se topi la o temperatură mult peste 0ºC.

Caracteristicile unei reacții endotermice

Schimbarea de stare nu este o reacție chimică adecvată; Totuși, același lucru se întâmplă: produsul (apa lichidă) are energie mai mare decât reactantul (gheața). Aceasta este caracteristica principală a unei reacții sau procese endotermice: produsele sunt mai energice decât reactanții.

Deși acest lucru este adevărat, aceasta nu înseamnă că produsele trebuie neapărat să fie instabile. În cazul în care este vorba, reacția endotermă încetează să mai fie spontană în toate condițiile de temperatură sau presiune.

Luați în considerare următoarea ecuație chimică:

A + Q => B

Unde Q reprezintă căldură, exprimată de obicei în unitățile de joule (J) sau calorii (cal). Deoarece A absoarbe căldura Q pentru a se transforma în B, se spune atunci că este o reacție endotermică. Astfel, B are mai multă energie decât A și trebuie să absoarbă suficientă energie pentru a-și realiza transformarea.

Diagrama de reacție endotermă pentru A și B. Sursa: Gabriel Bolívar

Așa cum se poate observa în diagrama de mai sus, A are o energie mai mică decât B. Cantitatea de căldură Q absorbită de A este astfel încât să depășească energia de activare (energia necesară pentru a atinge vârful punctat purpuriu). Diferența de energie între A și B este ceea ce este cunoscută sub numele de entalpia reacției, ΔH.

ΔH> 0

Toate reacțiile endotermice au schema de mai sus în comun, deoarece produsele sunt mai energice decât reactanții. Prin urmare, diferența de energie dintre ele, ΔH, este întotdeauna pozitivă ( _Produsul H- _Reactiv > 0). Întrucât acest lucru este adevărat, trebuie să existe o absorbție de căldură sau energie din împrejurimi pentru a alimenta această nevoie de energie.

Și cum sunt interpretate astfel de expresii? Într-o reacție chimică, legăturile sunt întotdeauna rupte pentru a crea altele noi. Pentru a le sparge, absorbția de energie este necesară; adică este un pas endotermic. Între timp, formarea legăturilor implică stabilitate, deci este un pas exotermic.

Când legăturile formate nu oferă stabilitate comparabilă cu cantitatea de energie necesară pentru a rupe legăturile vechi, este o reacție endotermică. Acesta este motivul pentru care este nevoie de energie suplimentară pentru a promova ruperea celor mai stabile legături din reactanți.

Pe de altă parte, în reacțiile exotermice apare opusul: se eliberează căldură și ,H este <1 (negativ). Aici produsele sunt mai stabile decât reactanții, iar diagrama dintre A și B își schimbă forma; acum B este sub A, iar energia de activare este mai mică.

Își răcesc împrejurimile

Deși nu se aplică tuturor reacțiilor endotermice, multe dintre ele provoacă o scădere a temperaturii din împrejurimile lor. Acest lucru se datorează faptului că căldura absorbită vine de undeva. În consecință, dacă conversia A și B ar avea loc în interiorul unui recipient, acesta s-ar răci.

Cu cât reacția este mai endotermă, cu atât recipientul și mediul înconjurător vor deveni mai reci. De fapt, unele reacții sunt chiar capabile să formeze un strat subțire de gheață, ca și cum ar fi ieșit dintr-un frigider.

Cu toate acestea, există reacții de acest tip care nu-i răcesc împrejurimile. De ce? Deoarece căldura din jur este insuficientă; adică nu furnizează Q (J, cal) necesar care este scris în ecuațiile chimice. Prin urmare, aceasta este atunci când intră focul sau radiațiile UV.

Între cele două scenarii poate apărea o mică confuzie. Pe de o parte, căldura din împrejurimi este suficientă pentru ca reacția să se desfășoare spontan și se observă răcirea; iar pe de altă parte este nevoie de mai multă căldură și se utilizează o metodă de încălzire eficientă. În ambele cazuri se întâmplă același lucru: energia este absorbită.

ecuaţiile

Care sunt ecuațiile relevante într-o reacție endotermică? După cum am explicat deja, ΔH trebuie să fie pozitiv. Pentru a-l calcula, se consideră mai întâi următoarea ecuație chimică:

aA + bB => cC + dD

În cazul în care A și B sunt reactanții, iar C și D sunt produsele. Litere mici (a, b, c și d) sunt coeficienții stoechiometrici. Pentru a calcula ΔH al acestei reacții generice, se aplică următoarea expresie matematică:

_Produse ΔH - ΔH _Reactivi = ΔH _rxn

Puteți proceda direct sau puteți face calculele separat. Pentru _produsele ΔH trebuie să se calculeze următoarea sumă:

c ΔH _f C + d ΔH _f D

Unde ΔH _f este entalpia de formare a fiecărei substanțe implicate în reacție. Prin convenție, substanțele în formele lor cele mai stabile au ΔH _f = 0. De exemplu, moleculele de O ₂ și H ₂ , sau un metal solid, au AH _f = 0.

Același calcul se face și pentru reactanți, ΔH _Reactivi :

a ΔH _f A + b ΔH _f B

Dar, deoarece ecuația spune că agH _Reactivii trebuie scămați de la _{ProductsH Products} , atunci suma de mai sus trebuie înmulțită cu -1. Deci tu ai:

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

Dacă rezultatul acestui calcul este un număr pozitiv, atunci este o reacție endotermică. Și dacă este negativ, este o reacție exotermică.

Exemple de reacții endotermice comune

Evaporarea gheții uscate

Gheata uscata. Sursa: Nevit, de la Wikimedia Commons

Oricine a văzut vreodată fumurile albe provenind dintr-un coș de înghețată a fost martorul unuia dintre cele mai frecvente exemple de „reacție” endotermică.

Dincolo de unele înghețate, acești vapori eliberați din solidele albe, numiți gheață uscată, au făcut parte și din scenarii pentru crearea efectului de ceață. Această gheață uscată nu este altceva decât dioxid de carbon solid, care atunci când absoarbe temperatura și presiunea externă începe să se sublimeze.

Un experiment pentru un public de copii ar fi să umple și să sigileze o pungă cu gheață uscată. După un timp, acesta va ajunge să se umfle din cauza CO ₂ gazos, care generează muncă sau presează pereții interni ai sacului împotriva presiunii atmosferice.

Coacerea pâinii sau gătirea mâncării

Pâine la cuptor. Sursa: Pixabay

Coacerea pâinii este un exemplu de reacție chimică, deoarece acum există schimbări chimice datorate căldurii. Oricine a mirosit a aromelor pâinii proaspăt coapte știe că are loc o reacție endotermică.

Aluatul și toate ingredientele sale au nevoie de căldura cuptorului pentru a efectua toate transformările, esențiale pentru a deveni pâine și pentru a-și prezenta caracteristicile tipice.

Pe lângă pâine, bucătăria este plină de exemple de reacții endotermice. Cine gătește se ocupă zilnic de ele. Gătirea pastelor, înmuierea boabelor, încălzirea boabelor de porumb, gătirea ouălor, asezonarea cărnii, coacerea unei prăjituri, prepararea ceaiului, încălzirea sandvișurilor; fiecare dintre aceste activități sunt reacții endotermice.

Bronzare

Testoasele care primesc o baie de soare. Sursa: Pixabay

Oricât de simple și comune ar părea, băile de soare luate de anumite reptile, cum ar fi țestoasele și crocodilii, se încadrează în categoria reacțiilor endotermice. Testoasele absorb caldura din soare pentru a-si regla temperatura corpului.

Fără soare, ele păstrează căldura apei pentru a se menține cald; care se termină prin răcirea apei din iazurile tale sau rezervoarele de pește.

Reacția azotului atmosferic și formarea ozonului

Fulger. Sursa: Pixabay

Aerul este format în principal din azot și oxigen. În timpul furtunilor electrice, o astfel de energie este eliberată încât poate rupe legăturile puternice care mențin atomii de azot împreună în molecula N ₂ :

N ₂ + O ₂ + Q => 2NO

Pe de altă parte, oxigenul poate absorbi radiațiile ultraviolete pentru a deveni ozon; alotropul de oxigen care este foarte benefic în stratosferă, dar dăunător vieții la nivelul solului. Reacția este:

3O ₂ + v => 2O ₃

Unde v înseamnă radiații ultraviolete. Mecanismul din spatele acestei ecuații simple este foarte complex.

Electroliza apei

Electroliza folosește energia electrică pentru a separa o moleculă în elementele sau moleculele sale formatoare. De exemplu, în electroliza apei, sunt generate două gaze: hidrogen și oxigen, fiecare în electrozi diferiți:

2H ₂ O => 2H ₂ + O ₂

De asemenea, clorura de sodiu poate suferi aceeași reacție:

2NaCI => 2Na + Cl ₂

Într-un electrod veți vedea formarea de sodiu metalic, iar în cealaltă, bule verzi de clor.

Fotosinteză

Plantele și copacii trebuie să absoarbă lumina solară ca sursă de energie pentru a sintetiza biomaterialele lor. Pentru aceasta, utilizează CO ₂ și apa ca materii prime , care printr-o serie lungă de etape, sunt transformate în glucoză și alte zaharuri. În plus, se formează oxigen, care este eliberat din frunze.

Soluții ale unor săruri

Dacă clorura de sodiu este dizolvată în apă, nu se va observa nicio schimbare apreciabilă în temperatura externă a paharului sau a recipientului.

Unele săruri, cum ar fi clorura de calciu, CaCl ₂ , crește temperatura apei , ca urmare a marii hidratarea Ca ²⁺ ionilor . Și alte săruri, cum ar fi azotatul de amoniu sau clorura, NH ₄ NO ₃ și NH ₄ Cl, scad temperatura apei și răcesc împrejurimile.

În sălile de clasă, experimentele la domiciliu sunt adesea făcute prin dizolvarea unora dintre aceste săruri pentru a demonstra care este o reacție endotermică.

Scăderea temperaturii se datorează faptului că hidratarea ionilor NH ₄ ⁺ nu este favorizată împotriva dizolvării aranjamentelor cristaline ale sărurilor lor. În consecință, sărurile absorb căldura din apă pentru a permite solvarea ionilor.

O altă reacție chimică care este de obicei foarte comună pentru a demonstra acest lucru este următoarea:

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

Rețineți cantitatea de apă formată. Când ambele solide sunt amestecate, _{se obține} o soluție apoasă de Ba (NO ₃ ) ₂ , cu miros de amoniac și cu o scădere a temperaturii astfel încât să înghețe literalmente suprafața exterioară a recipientului.

Descompuneri termice

Una dintre cele mai frecvente descompuneri termice este cea a bicarbonatului de sodiu, NaHCO ₃ , pentru a produce CO ₂ și apă atunci când este încălzită. Multe solide, inclusiv carbonatele, se descompun adesea pentru a elibera CO ₂ și oxidul corespunzător. De exemplu, descompunerea carbonatului de calciu este următoarea:

CaCO ₃ + Q => CaO + CO ₂

Același lucru este valabil și pentru carbonatele de magneziu, stronțiu și bariu.

Este important de menționat că descompunerea termică este diferită de cea de ardere. În primul nu există prezența aprinderii sau că se eliberează căldură, în timp ce în al doilea există; adică, arderea este o reacție exotermică, chiar și atunci când necesită o sursă de căldură inițială să aibă loc sau să apară spontan.

Clorură de amoniu în apă

Când o cantitate mică de clorură de amoniu (NH4Cl) este dizolvată în apă într-o eprubetă, tubul devine mai rece decât înainte. În timpul acestei reacții chimice, căldura este absorbită de mediu.

Triosulfat de sodiu

Când cristalele de tiosulfat de sodiu (Na ₂ S ₂ O ₃ 5H ₂ O), numită în mod obișnuit hipo, se dizolvă în apă, un efect de răcire are loc.

Motoare auto

Arderea benzinei sau a motorinei în motoarele auto, camioane, tractoare sau autobuze produce energie mecanică, care este utilizată în circulația acestor vehicule.

Fierbând lichide

Prin punerea unui lichid la căldură, câștigă energie și trece într-o stare gazoasă.

Gătiți un ou

Când se aplică căldură, proteinele din ou sunt denaturate, formând structura solidă care este ingerată de obicei.

Gătirea mâncării

În general, întotdeauna când se gătește cu căldură pentru a schimba proprietățile alimentelor, apar reacții endotermice.

Aceste reacții sunt cele care determină alimentele să devină mai moi, să genereze mase maleabile, să elibereze componentele pe care le conțin, printre altele.

Încălzirea alimentelor în cuptorul cu microunde

Datorită radiațiilor cu microunde, moleculele de apă din alimente absorb energia, încep să vibreze și cresc temperatura alimentelor.

Turnare sticlă

Absorbția căldurii de către sticlă face ca îmbinările sale să fie flexibile, făcându-i forma să se schimbe mai ușor.

Consumul unei lumânări

Ceara lumânării se topește absorbind căldura de la flacără, schimbându-și forma.

Curățarea apei calde

Când folosiți apă caldă pentru a curăța obiecte care au fost pătate cu grăsime, cum ar fi ghivece sau haine, grăsimea devine mai lichidă și este mai ușor de eliminat.

Sterilizarea termică a alimentelor și a altor obiecte

Când încălzesc obiecte sau alimente, microorganismele pe care le conțin cresc și temperatura lor.

Când se furnizează multă căldură, apar reacții în celulele microbiene. Multe dintre aceste reacții, cum ar fi ruperea legăturilor sau denaturarea proteinelor, sfârșesc prin a ucide microorganismele.

Combateți infecțiile cu febra

Când apare o febră, se datorează faptului că organismul produce căldura necesară pentru a ucide bacteriile și virusurile care provoacă infecții și cauzează boala.

Dacă căldura generată este mare și febra mare, celulele corpului sunt de asemenea afectate și există riscul de deces.

Evaporarea apei

Când apa se evaporă și se transformă în abur, aceasta se datorează căldurii pe care o primește din mediu. Pe măsură ce energia termică este primită de fiecare moleculă de apă, energia sa de vibrație crește până la punctul în care se poate mișca liber, creând abur.

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
2. Wikipedia. (2018). Procesul endotermic. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (27 decembrie 2018). Exemple de reacție endotermică. Recuperat de la: thinkco.com
4. Academia Khan. (2019). Endotermică vs. reacții exotermice. Recuperat de la: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Ce se întâmplă la nivel molecular în timpul unei reacții endotermice? Hearst Seattle Media. Recuperat de la: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Calculul entalpiei de reacție de la entalpiile de formare. Recuperat de la: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Exemple de reacție endotermică. Recuperat din:
   quimicas.net.