ENDOTERMIK REAKSIYON: ÖZELLIKLER, DENKLEMLER VE ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Bir endotermik reaksiyon , meydana gelmesi için, çevresinden ısı veya radyasyon şeklinde enerjiyi emmesi gereken bir reaksiyondur . Genel olarak, ancak her zaman değil, çevrelerindeki sıcaklık düşüşüyle ​​tanınabilirler; ya da tam tersine, yanan bir alevle elde edilen gibi bir ısı kaynağına ihtiyaçları vardır.

Enerjinin veya ısının emilmesi, tüm endotermik reaksiyonların ortak noktasıdır; doğaları ve içerdikleri dönüşümler çok çeşitlidir. Ne kadar ısı emmeleri gerekir? Cevap termodinamiğine bağlıdır: reaksiyonun kendiliğinden meydana geldiği sıcaklık.

Buz sarkıt eriyor. Kaynak: Pixabay

Örneğin, en sembolik endotermik reaksiyonlardan biri, halin buzdan sıvı suya geçmesidir. Buzun sıcaklığı yaklaşık 0ºC'ye ulaşana kadar ısıyı emmesi gerekir; bu sıcaklıkta erimesi kendiliğinden olur ve buz tamamen eriyene kadar emer.

Sahil kıyıları gibi sıcak alanlarda sıcaklıklar daha yüksektir ve bu nedenle buz ısıyı daha hızlı emer; yani daha hızlı erir. Buzulların erimesi, istenmeyen bir endotermik reaksiyonun bir örneğidir.

Neden bu şekilde oluyor? Buz neden sıcak bir katı olarak görünmüyor? Cevap, her iki durumda da su moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinde ve hidrojen bağları yoluyla birbirleriyle nasıl etkileşime girdiklerinde yatmaktadır.

Sıvı suda molekülleri, kristallerinde sabit bir şekilde titreştikleri buzda olduğundan daha fazla hareket özgürlüğüne sahiptir. Moleküllerin hareket etmek için, enerjiyi, titreşimleri buzdaki güçlü yönlü hidrojen bağlarını kıracak şekilde emmeleri gerekir.

Bu nedenle buz, erimek için ısıyı emer. "Sıcak buz" un var olması için, hidrojen bağlarının 0 ° C'nin çok üzerindeki bir sıcaklıkta erimesi için anormal derecede güçlü olması gerekir.

Endotermik reaksiyonun özellikleri

Durum değişikliği, tam anlamıyla kimyasal bir reaksiyon değildir; Bununla birlikte, aynı şey olur: ürün (sıvı su) reaktandan (buz) daha yüksek enerjiye sahiptir. Bu, endotermik bir reaksiyonun veya işlemin temel özelliğidir: ürünler, reaktanlardan daha enerjiktir.

Bu doğru olsa da, ürünlerin mutlaka dengesiz olması gerektiği anlamına gelmez. Öyle olması durumunda, endotermik reaksiyon, tüm sıcaklık veya basınç koşulları altında kendiliğinden olmaktan çıkar.

Aşağıdaki kimyasal denklemi düşünün:

A + Q => B

Q'nun ısıyı temsil ettiği yerde, genellikle joule (J) veya kalori (cal) birimlerinde ifade edilir. A, B'ye dönüştürmek için Q ısısını emdiğinde, bunun endotermik bir reaksiyon olduğu söylenir. Bu nedenle, B, A'dan daha fazla enerjiye sahiptir ve dönüşümünü sağlamak için yeterli enerjiyi emmelidir.

A ve B için endotermik reaksiyon diyagramı Kaynak: Gabriel Bolívar

Yukarıdaki diyagramda görülebileceği gibi, A, B'den daha az enerjiye sahiptir. A tarafından emilen ısı Q miktarı, aktivasyon enerjisinin (mor noktalı tepeye ulaşmak için gereken enerji) üstesinden gelecek şekildedir. A ve B arasındaki enerji farkı, reaksiyonun entalpisi, ΔH olarak bilinen şeydir.

ΔH> 0

Ürünler reaktanlardan daha enerjik olduğundan, tüm endotermik reaksiyonlar yukarıdaki şemaya ortaktır. Bu nedenle, aralarındaki enerji farkı ΔH, her zaman pozitiftir (H _Ürün -H _Reaktif > 0). Bu doğru olduğundan, bu enerji ihtiyacını karşılamak için çevreden bir ısı veya enerji emilimi olmalıdır.

Ve bu tür ifadeler nasıl yorumlanıyor? Kimyasal bir reaksiyonda, bağlar daima yenilerini oluşturmak için kırılır. Onları kırmak için enerjinin emilmesi gereklidir; yani endotermik bir adımdır. Bu arada, bağların oluşumu istikrar anlamına gelir, bu nedenle ekzotermik bir adımdır.

Oluşan bağlar, eski bağları koparmak için gereken enerji miktarıyla karşılaştırılabilir bir stabilite sağlamadığında, endotermik bir reaksiyondur. Bu nedenle, reaktiflerdeki en kararlı bağların kırılmasını desteklemek için ek enerjiye ihtiyaç vardır.

Öte yandan, ekzotermik reaksiyonlarda bunun tersi gerçekleşir: ısı açığa çıkar ve ΔH <1'dir (negatif). Burada ürünler reaktanlardan daha stabildir ve A ile B arasındaki diyagram şekil değiştirir; şimdi B, A'nın altındadır ve aktivasyon enerjisi daha düşüktür.

Çevrelerini serinletirler

Tüm endotermik reaksiyonlar için geçerli olmamasına rağmen, birkaçı çevrelerindeki sıcaklıkta düşüşe neden olur. Bunun nedeni emilen ısının bir yerden gelmesidir. Sonuç olarak, eğer A ve B'nin dönüşümü bir kap içinde gerçekleşecekse, soğuyacaktır.

Reaksiyon ne kadar endotermik olursa, kap ve çevresi o kadar soğuk olur. Hatta bazı reaksiyonlar sanki buzdolabından çıkmış gibi ince bir buz tabakası oluşturabilir.

Ancak bu türden çevrelerini soğutmayan reaksiyonlar vardır. Neden? Çünkü çevredeki ısı yetersizdir; yani, kimyasal denklemlerde yazılan gerekli Q (J, cal) 'yi sağlamaz. Bu nedenle, bu ateş veya UV radyasyonunun girdiği zamandır.

İki senaryo arasında biraz karışıklık ortaya çıkabilir. Bir yandan, reaksiyonun kendiliğinden ilerlemesi için çevredeki ısı yeterlidir ve soğuma gözlenir; diğer yandan daha fazla ısıya ihtiyaç duyulur ve verimli bir ısıtma yöntemi kullanılır. Her iki durumda da aynı şey olur: enerji emilir.

Denklemler

Endotermik bir reaksiyondaki ilgili denklemler nelerdir? Daha önce açıklandığı gibi, ΔH pozitif olmalıdır. Bunu hesaplamak için önce aşağıdaki kimyasal denklem dikkate alınır:

aA + bB => cC + dD

A ve B'nin reaktanlar olduğu ve C ve D'nin ürünler olduğu yerlerde. Küçük harfler (a, b, c ve d) stokiyometrik katsayılardır. Bu genel reaksiyonun ΔH'sini hesaplamak için aşağıdaki matematiksel ifade uygulanır:

ΔH _Ürünleri - ΔH _Reaktifleri = ΔH _rxn

Doğrudan devam edebilir veya hesaplamaları ayrı ayrı yapabilirsiniz. ΔH _Ürünleri için aşağıdaki miktar hesaplanmalıdır:

c ΔH _f C + d ΔH _f D

ΔH _f , reaksiyona dahil olan her maddenin oluşum entalpisidir. Geleneksel olarak, en kararlı formlarındaki maddeler ΔH _f = 0'a sahiptir. Örneğin, O molekülleri ₂ ve H ₂ , ya da bir katı metal, AH sahip _f = 0 dır.

Aynı hesaplama şimdi reaktanlar, ΔH _Reaktifleri için yapılır :

a ΔH _f A + b ΔH _f B

Ancak denklem ΔH _{Reaktiflerinin} ΔH _{Ürünlerinden} çıkarılması gerektiğini söylediğinden , yukarıdaki toplam -1 ile çarpılmalıdır. Yani sizde:

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

Bu hesaplamanın sonucu pozitif bir sayı ise, bu bir endotermik reaksiyondur. Negatif ise, ekzotermik bir reaksiyondur.

Yaygın endotermik reaksiyon örnekleri

Kuru buz buharlaşması

Kuru buz. Kaynak: Nevit, Wikimedia Commons'tan

Bir dondurma arabasından çıkan bu beyaz dumanları görmüş olan herkes, endotermik bir "reaksiyonun" en yaygın örneklerinden birine tanık olmuştur.

Bazı dondurmaların ötesinde, kuru buz adı verilen beyaz katılardan çıkan bu buharlar da pus etkisi yaratma senaryolarının bir parçası olmuştur. Bu kuru buz, sıcaklığı ve dış basıncı emerken süblimleşmeye başlayan katı karbondioksitten başka bir şey değildir.

Çocuk izleyiciler için bir deney, bir torbayı kuru buzla doldurup mühürlemek olacaktır. Bir süre sonra, iş üreten veya torbanın iç duvarlarını atmosferik basınca karşı bastıran gaz halindeki CO ₂ nedeniyle şişirilecektir .

Ekmek pişirmek veya yemek pişirmek

Fırınlanmış ekmek. Kaynak: Pixabay

Ekmek pişirmek, kimyasal reaksiyona bir örnektir, çünkü artık ısı nedeniyle kimyasal değişiklikler söz konusudur. Taze pişmiş ekmeklerin aromasını koklayan herkes, endotermik bir reaksiyonun meydana geldiğini bilir.

Hamur ve tüm malzemeleri, ekmek haline gelmek ve tipik özelliklerini sergilemek için gerekli olan tüm dönüşümleri gerçekleştirmek için fırının ısısına ihtiyaç duyar.

Ekmeklere ek olarak, mutfak endotermik reaksiyon örnekleriyle doludur. Kim yemek yaparsa, onlarla günlük ilgilenir. Makarna pişirmek, çekirdeklerini yumuşatmak, mısır tanelerini ısıtmak, yumurta pişirmek, etleri baharatlamak, kek pişirmek, çay yapmak, sandviçleri ısıtmak; bu faaliyetlerin her biri endotermik reaksiyonlardır.

güneşlenme

Kaplumbağalar güneş banyosu yapıyor. Kaynak: Pixabay

Kaplumbağalar ve timsahlar gibi belirli sürüngenler tarafından alınan güneş banyoları, göründükleri kadar basit ve yaygın olarak endotermik reaksiyonlar kategorisine girer. Kaplumbağalar vücut sıcaklıklarını düzenlemek için güneşten ısıyı alırlar.

Güneş olmadan, sıcak tutmak için suyun ısısını korurlar; Bu, havuzlarınızdaki veya balık tanklarınızdaki suyu soğutmakla biter.

Atmosferik nitrojen ve ozon oluşumunun reaksiyonu

Şimşek. Kaynak: Pixabay

Hava esas olarak nitrojen ve oksijenden oluşur. Elektrik fırtınaları sırasında, azot atomlarını N ₂ molekülünde bir arada tutan güçlü bağları kırabilecek kadar enerji açığa çıkar :

N ₂ + O ₂ + Q => ₂ HAYIR

Öte yandan oksijen ultraviyole radyasyonu absorbe ederek ozon haline gelebilir; stratosferde çok faydalı olan, ancak yer seviyesinde yaşam için zararlı olan oksijen allotropu. Tepki şudur:

3O ₂ + v => 2O ₃

V, ultraviyole radyasyon anlamına gelir. Bu basit denklemin arkasındaki mekanizma çok karmaşıktır.

Suyun elektrolizi

Elektroliz, bir molekülü oluşturan elementlere veya moleküllere ayırmak için elektrik enerjisini kullanır. Örneğin, suyun elektrolizinde iki gaz üretilir: hidrojen ve oksijen, her biri farklı elektrotlarda:

2H ₂ O => 2H ₂ + O ₂

Ayrıca, sodyum klorür aynı reaksiyona girebilir:

2NaCl => 2Na + Cl ₂

Bir elektrotta metalik sodyum oluşumunu, diğerinde ise yeşilimsi klor baloncuklarını göreceksiniz.

Fotosentez

Bitkiler ve ağaçların biyomalzemelerini sentezlemek için bir enerji kaynağı olarak güneş ışığını emmeleri gerekir. Bunun için hammadde olarak CO ₂ ve su kullanır ve bu uzun bir dizi adımla glikoza ve diğer şekerlere dönüştürülür. Ek olarak, yapraklardan salınan oksijen oluşur.

Bazı tuzların çözümleri

Sodyum klorür suda çözülürse, camın veya kabın dış sıcaklığında kayda değer bir değişiklik fark edilmeyecektir.

Örneğin kalsiyum klorür, CaCl gibi bazı tuzları, ₂ , Ca büyük hidrasyon sonucunda suyun sıcaklığını artırmak ^{2 +} iyonları . Ve amonyum nitrat veya klorür, NH ₄ NO ₃ ve NH ₄ Cl gibi diğer tuzlar suyun sıcaklığını düşürür ve çevresini soğutur.

Sınıflarda, ev deneyleri genellikle endotermik reaksiyonun ne olduğunu göstermek için bu tuzların bir kısmını çözerek yapılır.

Sıcaklık düşmesi, NH hidrasyonu gerçeğine olan ₄ ⁺ iyonları bunların tuzları kristalin düzenlemelerin çözülmeye karşı tercih edilmez. Sonuç olarak tuzlar, iyonların çözülmesini sağlamak için sudan ısıyı emer.

Bunu göstermek için genellikle çok yaygın olan başka bir kimyasal reaksiyon şudur:

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

Oluşan su miktarını not edin. Her iki katı karıştırıldığında, amonyak kokusu ile ve kabın dış yüzeyini tam anlamıyla donduracak şekilde bir sıcaklık düşüşü ile sulu bir Ba (NO ₃ ) ₂ çözeltisi _{elde edilir} .

Termal ayrışmalar

En yaygın termal bozunmanın bir sodyum bikarbonat, NaHCO arasında olmasıdır ₃ , CO üretmek için ₂ ısıtıldığında ve su. Karbonatlar dahil olmak üzere birçok katı, genellikle serbest CO yıkmak ₂ ve karşılık gelen oksit. Örneğin, kalsiyum karbonatın ayrışması aşağıdaki gibidir:

CaCO ₃ + Q => CaO + CO ₂

Aynısı magnezyum, stronsiyum ve baryum karbonatlar için de geçerlidir.

Termal bozunmanın yanmadan farklı olduğuna dikkat etmek önemlidir. Birincisinde tutuşma yok veya ısı açığa çıkarken ikincisinde var; yani yanma, kendiliğinden gerçekleşmesi veya kendiliğinden meydana gelmesi için bir ilk ısı kaynağına ihtiyaç duyduğunda bile ekzotermik bir reaksiyondur.

Suda Amonyum Klorür

Bir test tüpündeki suda az miktarda amonyum klorür (NH4Cl) çözüldüğünde, tüp öncekinden daha soğuk hale gelir. Bu kimyasal reaksiyon sırasında ortamdan ısı emilir.

Sodyum triosülfat

Sodyum tiyosülfat kristalleri (Na zaman ₂ S ₂ O ₃ .5H ₂ O), yaygın olarak adlandırılan hipo, su içinde çözülür, bir soğutma etkisi meydana gelir.

Araba motorları

Araba, kamyon, traktör veya otobüs motorlarında benzin veya dizel yakılması, bu araçların sirkülasyonunda kullanılan mekanik enerji üretir.

Kaynayan sıvılar

Bir sıvıyı ısıtmak suretiyle enerji kazanır ve gaz haline geçer.

Yumurta pişirin

Isı uygulandığında yumurta proteinleri denatüre olur ve genellikle yutulan katı yapıyı oluşturur.

Yemek pişirme

Genel olarak, yiyeceklerin özelliklerini değiştirmek için her zaman ısı ile pişirirken, endotermik reaksiyonlar meydana gelir.

Bu reaksiyonlar, yiyeceklerin yumuşamasına, yumuşak kütleler oluşturmasına, içerdikleri bileşenleri serbest bırakmasına neden olur.

Mikrodalgada yemek ısıtmak

Mikrodalga radyasyonu nedeniyle, gıdalardaki su molekülleri enerjiyi emer, titreşmeye başlar ve yiyeceğin sıcaklığını artırır.

Cam kalıplama

Camın ısıyı emmesi, ek yerlerini esnek hale getirerek şeklinin değiştirilmesini kolaylaştırır.

Bir mum tüketimi

Mum mumu alevdeki ısıyı emerek erir, şeklini değiştirir.

Sıcak su temizleme

Tencere veya elbise gibi gresle lekelenmiş nesneleri temizlemek için sıcak su kullanıldığında, gres daha sıvı hale gelir ve çıkarılması daha kolay hale gelir.

Yiyeceklerin ve diğer nesnelerin ısı sterilizasyonu

Nesneleri veya yiyecekleri ısıtırken, içerdikleri mikroorganizmalar da sıcaklıklarını artırır.

Çok fazla ısı verildiğinde, mikrobiyal hücreler içinde reaksiyonlar meydana gelir. Bağların kopması veya proteinlerin denatürasyonu gibi bu reaksiyonların çoğu mikroorganizmaları öldürür.

Enfeksiyonlarla ateşle savaşın

Ateş ortaya çıktığında, vücudun enfeksiyonlara neden olan ve hastalığa neden olan bakteri ve virüsleri öldürmek için gerekli ısıyı üretmesidir.

Üretilen ısı yüksek ve ateş yüksek ise vücut hücreleri de etkilenir ve ölüm riski vardır.

Su buharlaşması

Su buharlaşıp buhara dönüştüğü zaman ortamdan aldığı ısıdan kaynaklanmaktadır. Isı enerjisi her bir su molekülü tarafından alındıkça, titreşim enerjisi serbestçe hareket edebildiği noktaya kadar artarak buhar oluşturur.

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya. (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
2. Vikipedi. (2018). Endotermik süreç. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27 Aralık 2018). Endotermik Reaksiyon Örnekleri. Kurtarıldı: thinkco.com
4. Khan Akademisi. (2019). Endotermik vs. ekzotermik reaksiyonlar. Khanacademy.org'dan kurtarıldı
5. Serm Murmson. (2019). What Happens on the Molecular Level During an Endothermic Reaction? Hearst Seattle Media. Recuperado de: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Cálculo de la entalpía de reacción a partir de las entalpías de formación. Recuperado de: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Ejemplos de Reacción Endotérmica. Recuperado de:
   quimicas.net.