Ενδόθερμες και εξώθερμες αντιδράσεις

Όταν συμβαίνουν χημικές αντιδράσεις , μπορούν να απελευθερώσουν ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, και ονομάζονται εξώθερμες ή χρειάζεται να απορροφήσουν ενέργεια για να συμβούν, και σε αυτή την περίπτωση ονομάζονται ενδόθερμες. Τα πιο κοινά παραδείγματα αυτών των τύπων αντιδράσεων είναι η καύση και η φωτοσύνθεση.

Ενδόθερμες και εξώθερμες χημικές αντιδράσεις

Οι χημικές αντιδράσεις είναι διεργασίες όπου οι χημικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων σπάνε, σχηματίζοντας νέους δεσμούς. Στις χημικές αντιδράσεις, συμμετέχουν τα αντιδρώντα , τα οποία είναι οι ουσίες που θα προκαλέσουν την αντίδραση, και τα προϊόντα , τα οποία είναι οι ουσίες που λαμβάνονται από τη χημική αντίδραση.

Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο εμπλέκεται η ενέργεια, δηλαδή αν απορροφάται ή απελευθερώνεται, οι χημικές αντιδράσεις μπορεί να είναι ενδόθερμες ή εξώθερμες, αντίστοιχα.

Τι είναι οι ενδόθερμες αντιδράσεις

Η λέξη ενδόθερμος προέρχεται από τους ελληνικούς όρους: endo , που σημαίνει «μέσα» και thermos , που σημαίνει «θερμότητα». Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται στη χημεία για να αναφέρεται σε αντιδράσεις που απορροφούν ενέργεια. Αυτές οι αντιδράσεις δεν συμβαίνουν αυθόρμητα, αλλά απαιτούν εισροή ενέργειας.

Όταν οι ενδόθερμες αντιδράσεις απορροφούν ενέργεια, εμφανίζεται πτώση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Χαρακτηρίζονται επίσης από την αύξηση της ενθαλπίας (+ ΔΗ), η οποία είναι ένα μέγεθος που δείχνει την περιεκτικότητα σε θερμότητα.

Ένα συνηθισμένο παράδειγμα μιας ενδόθερμης αντίδρασης είναι η φωτοσύνθεση. Σε αυτή τη διαδικασία, τα φυτά απορροφούν ενέργεια φωτός και μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε οξυγόνο και γλυκόζη, ένα θρεπτικό συστατικό των φυτών. Για να παραχθεί ένα κιλό γλυκόζης, αυτή η αντίδραση απαιτεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας, η οποία παρέχεται από το ηλιακό φως.

Τι είναι οι εξώθερμες αντιδράσεις

Η λέξη εξώθερμος προέρχεται από τις ελληνικές ρίζες exo , που σημαίνει “εξωτερικά” και thermos , που σημαίνει “θερμότητα”. Οι εξώθερμες χημικές αντιδράσεις απελευθερώνουν ενέργεια με τη μορφή θερμότητας. Στην περίπτωση των εκρήξεων εκπέμπεται και κινητική ενέργεια.

Εξώθερμες αντιδράσεις μπορεί να συμβούν αυθόρμητα. Ομοίως, έχουν υψηλότερη εντροπία (ΔS > 0) και χαμηλότερη ενθαλπία (ΔH < 0). Οι εξώθερμες αντιδράσεις μπορεί επίσης να είναι εκρηκτικές.

Ένα παράδειγμα κοινής εξώθερμης αντίδρασης είναι η καύση που συμβαίνει όταν ανάβουμε ένα σπίρτο ή ένα καυσόξυλο.

Παραδείγματα ενδόθερμων και εξώθερμων αντιδράσεων

Μερικά παραδείγματα ενδόθερμων αντιδράσεων είναι:

• Το διάλυμα χλωριούχου αμμωνίου (NH ₄ Cl) σε νερό.
• Η εξάτμιση υγρού νερού.
• λιώστε πάγο.
• Η αποσύνθεση του νερού σε υδρογόνο (Η) και οξυγόνο (Ο).
• Παραγωγή όζοντος (O ₃ ).
• Η διάσπαση του διοξειδίου του άνθρακα (CO ₂ ) σε άνθρακα και οξυγόνο.
• Η αποσύνθεση των πρωτεϊνών με τη δράση της θερμότητας.
• Η αποσύνθεση του ανθρακικού ασβεστίου (CaCO ₃ ).
• Η αντίδραση υδροχλωρίου (HCl) με αλουμίνιο για την παραγωγή υδρογόνου.

Μερικά παραδείγματα εξώθερμων αντιδράσεων είναι:

• Το μείγμα νατρίου και χλωρίου για την παραγωγή επιτραπέζιου αλατιού.
• Η καύση του ξύλου, του άνθρακα και του πετρελαίου.
• Αντίδραση θερμίτη.
• Το μείγμα ενός οξέος και μιας βάσης.
• Η αναπνοή.
• Πυρηνική διάσπαση.
• Η διάβρωση του μετάλλου.
• Διαλύστε ένα οξύ σε νερό.
• Η συμπύκνωση υδρατμών.
• Η αντίδραση των μετάλλων με αλογόνα ή οξυγόνο.

Ενδόθερμα και εξώθερμα πειράματα αντίδρασης

Για να κατανοήσουμε περαιτέρω πώς συμβαίνουν οι ενδόθερμες και εξώθερμες αντιδράσεις και πώς η ενέργεια απορροφάται και απελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας, μπορούν να πραγματοποιηθούν τα ακόλουθα πειράματα.

Πειράματα ενδόθερμης αντίδρασης

πειραματιστείτε με ξύδι

Υλικά

• Ξίδι ή χυμό λεμονιού
• Διττανθρακικό νάτριο
• ποτηρι ζεσεως
• εργαστηριακό θερμόμετρο

Προετοιμασία : Σε ένα ποτήρι ζέσεως βάζετε λίγο ξύδι και βάζετε το θερμόμετρο. Περιμένετε 5 λεπτά μέχρι να σταθεροποιηθεί η θερμοκρασία. Στη συνέχεια, προσθέστε μικρές κουταλιές της σούπας μαγειρική σόδα. Παρατηρήστε πώς το μείγμα απορροφά τη θερμότητα και μειώνει τη θερμοκρασία.

Πείραμα μουριατικού οξέος

Για να πραγματοποιήσετε αυτό το πείραμα είναι σημαντικό να είστε προσεκτικοί με τον χειρισμό των υλικών.

Υλικά :

Μουριατικό οξύ (υδροχλωρικό οξύ) 25%

Διττανθρακικό νάτριο

εργαστηριακό θερμόμετρο

Προετοιμασία : Τοποθετήστε λίγο υδροχλωρικό οξύ σε ένα δοχείο. Προσθέστε μερικές μικρές κουταλιές της σούπας μαγειρική σόδα . Παρατηρήστε πώς γίνεται η αντίδραση απορροφώντας θερμότητα και χαμηλώνοντας τη θερμοκρασία σε μερικούς βαθμούς κάτω από το μηδέν.

Πειράματα εξώθερμης αντίδρασης

πείραμα αφρού

• Υλικά :
  • Υπεροξείδιο του υδρογόνου (H ₂ O ₂ )
  • Ιωδιούχο κάλιο (Kl)
  • γαβάθα
• Προετοιμασία : πρώτα, βάλτε το υπεροξείδιο του υδρογόνου στο δοχείο. Στη συνέχεια προσθέστε το ιωδιούχο κάλιο. Περιμένετε μερικά δευτερόλεπτα και παρατηρήστε πώς εξελίσσεται η χημική αντίδραση.

Οι χημικές αντιδράσεις προχωρούν με συγκεκριμένο ρυθμό, που ονομάζεται κινητική αντίδρασης. Ορισμένες ενώσεις μπορούν να αυξήσουν τον ρυθμό της αντίδρασης ή να την επιβραδύνουν. Οι ουσίες αυτές ονομάζονται καταλύτες και αναστολείς, αντίστοιχα. Με την ανάμειξη υπεροξειδίου του υδρογόνου με ιωδιούχο κάλιο, ξεκίνησε η αντίδραση αποσύνθεσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου. Ως αποτέλεσμα, παράγονται φυσαλίδες οξυγόνου.

πείραμα με ζεστό πάγο

• Υλικά :
  • Ξύδι
  • Διττανθρακικό νάτριο
  • Κατσαρολάκι
  • Γυάλινο δοχείο με καπάκι (ανθεκτικό στη θερμότητα)
  • Πιάτο
• Προετοιμασία : σε μισό λίτρο ξύδι προσθέστε 2 κουταλιές της σούπας μαγειρική σόδα σιγά σιγά. Αυτό το μείγμα θα παράγει ένα αναβράζον αποτέλεσμα. Όταν τελειώσει ο αναβρασμός, βράζουμε το μείγμα σε μια κατσαρόλα για μια ώρα, σε μέτρια θερμοκρασία, μέχρι να αρχίσει να σχηματίζεται κρούστα στην υγρή επιφάνεια. Αποσύρουμε από τη φωτιά και ρίχνουμε το υπόλοιπο υγρό, που είναι τώρα οξικό νάτριο, στο γυάλινο δοχείο. Το σκεπάζετε καλά και το αφήνετε να κρυώσει στο ψυγείο για μισή ώρα. Ξύστε με ένα κουτάλι τα κρύσταλλα που έχουν μείνει στην άκρη και στον πάτο της κατσαρόλας. Τοποθετήστε τα σε ένα πιάτο. Μετά από μισή ώρα, αφαιρέστε προσεκτικά το γυάλινο δοχείο από το ψυγείο και ξεσκεπάστε το. Βγάλτε μερικά κρύσταλλα από το πιάτο και ρίξτε τα στο υγρό. Παρατηρήστε πώς το υγρό κρυσταλλώνεται και γίνεται ζεστό.

Κατά την ανάμειξη ξιδιού και διττανθρακικού νατρίου, εμφανίζεται μια αντίδραση κατά την οποία απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα με τη μορφή φυσαλίδων και παράγεται οξικό νάτριο σε υγρή κατάσταση. Όταν το μείγμα βράσει, το νερό εξατμίζεται και παραμένει ένα διάλυμα που στερεοποιείται σε λιγότερο από 54°C. Με την ταχεία ψύξη του μείγματος, το διάλυμα παραμένει υγρό ακόμα κι αν βρίσκεται κάτω από το σημείο πήξης του. Δεδομένου ότι παραμένει σε ασταθή κατάσταση, οποιαδήποτε παρεμβολή, όπως αυτή που συμβαίνει όταν ρίχνονται οι κρύσταλλοι, αλλάζει τη σειρά των μορίων, προκαλώντας κρυστάλλωση και απελευθερώνεται θερμότητα. Αυτό παράγει την επίδραση του ζεστού πάγου.

Βιβλιογραφία

• Διάφοροι συγγραφείς. διδάσκουν χημεία. Από τις ουσίες στη χημική αντίδραση. (2020). Ισπανία. Εκδοτικό Grao.
• Sykes, P. Reaction Mechanisms in Organic Chemistry. (2009). Ισπανία. Editorial Reverté.
• Levenspiel, Ο. Engineering Chemical Reactions . (2009). Ισπανία. Editorial Reverté.