Πολλές χημικές αντιδράσεις απελευθερώνουν ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, φωτός ή ήχου. Αυτά είναι εξωθερμικές αντιδράσεις. Εξωθερμικές αντιδράσεις μπορεί να εμφανιστούν αυθόρμητα και να οδηγήσουν σε μεγαλύτερη τυχαιότητα ή εντροπία (ΔS> 0) του συστήματος. Δηλώνεται με αρνητική ροή θερμότητας (η θερμότητα χάνεται στο περιβάλλον) και μείωση της ενθαλπίας (ΔΗ <0). Στο εργαστήριο, οι εξώθερμες αντιδράσεις παράγουν θερμότητα ή μπορεί ακόμη και να είναι εκρηκτικές.
Υπάρχουν και άλλες χημικές αντιδράσεις που πρέπει να απορροφήσουν ενέργεια για να προχωρήσουν. Αυτά είναι ενδοθερμικές αντιδράσεις. Ενδοθερμικές αντιδράσεις δεν μπορεί να συμβεί αυθόρμητα. Πρέπει να γίνει δουλειά για να εμφανιστούν αυτές οι αντιδράσεις. Όταν οι ενδοθερμικές αντιδράσεις απορροφούν ενέργεια, μετράται μια πτώση θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Οι ενδοθερμικές αντιδράσεις χαρακτηρίζονται από θετική ροή θερμότητας (στην αντίδραση) και από αύξηση της ενθαλπίας (+ ΔΗ).
Παραδείγματα ενδοθερμικών και εξωθερμικών διεργασιών
Φωτοσύνθεση είναι ένα παράδειγμα ενδοθερμικής χημικής αντίδρασης. Σε αυτή τη διαδικασία, τα φυτά χρησιμοποιούν την ενέργεια από τον ήλιο για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε γλυκόζη και οξυγόνο. Αυτή η αντίδραση απαιτεί 15MJ ενέργειας (ηλιακό φως) για κάθε κιλό γλυκόζης που παράγεται:
ηλιακό φως + 6CO2(ζ) + Η2O (l) = Γ6Η12Ο6(aq) + 6O2(σολ)
Άλλα παραδείγματα ενδοθερμικών διεργασιών περιλαμβάνουν:
- Διάλυση χλωριούχου αμμωνίου σε νερό
- Ραγίζοντας αλκάνια
- Πυρηνική σύνθεση στοιχείων βαρύτερα από το νικέλιο στα αστέρια
- Εξάτμιση υγρού νερού
- Πάγος που λιώνει
Ένα παράδειγμα εξωθερμικής αντίδρασης είναι το μείγμα νατρίου και χλωρίου για να παραχθεί επιτραπέζιο άλας. Αυτή η αντίδραση παράγει 411 kJ ενέργειας για κάθε γραμμομόριο αλατιού που παράγεται:
Na (s) + 0,5Cl2(s) = NaCl (s)
Άλλα παραδείγματα εξωθερμικών διεργασιών περιλαμβάνουν:
- ο αντίδραση θερμίτη
- Μια αντίδραση εξουδετέρωσης (π.χ. ανάμιξη οξέος και βάσης για σχηματισμό αλατιού και νερού)
- Οι περισσότερες αντιδράσεις πολυμερισμού
- Καύση καυσίμου
- Αναπνοή
- Πυρηνική διάσπαση
- Διάβρωση μετάλλου (αντίδραση οξείδωσης)
- Διαλύοντας ένα οξύ σε νερό
Επιδείξεις που μπορείτε να εκτελέσετε
Πολλές εξωθερμικές και ενδοθερμικές αντιδράσεις περιλαμβάνουν τοξικές χημικές ουσίες, ακραία θερμότητα ή κρύο ή ακατάστατες μεθόδους απόρριψης. Ένα παράδειγμα γρήγορης εξώθερμης αντίδρασης είναι η διάλυση σκόνης απορρυπαντικού πλυντηρίου στο χέρι σας με λίγο νερό. Ένα παράδειγμα μιας εύκολης ενδοθερμικής αντίδρασης είναι η διάλυση χλωριούχου καλίου (πωλείται ως υποκατάστατο αλατιού) στο χέρι σας με νερό.
Αυτές οι ενδοθερμικές και εξώθερμες επιδείξεις είναι ασφαλείς και εύκολες:
- Συναρπαστικές εξωθερμικές αντιδράσεις για να δοκιμάσετε: Θερμάνετε τα πράγματα με μία από αυτές τις απλές επιδείξεις εξώθερμης αντίδρασης.
- Δημιουργήστε μια ενδοθερμική αντίδραση: Ορισμένες ενδοθερμικές αντιδράσεις κρυώνουν αρκετά για να προκαλέσουν κρυοπαγήματα. Ακολουθεί ένα παράδειγμα αντίδρασης αρκετά ασφαλούς για να αγγίξουν τα παιδιά.
- Πώς να δημιουργήσετε μια εξωθερμική χημική αντίδραση: Ορισμένες εξωθερμικές αντιδράσεις παράγουν φλόγες και θερμαίνονται εξαιρετικά (όπως η αντίδραση θερμίτη). Εδώ είναι μια ασφαλής εξώθερμη αντίδραση που παράγει θερμότητα αλλά δεν ξεκινά πυρκαγιές ή προκαλεί εγκαύματα.
- Φτιάξτε ζεστό πάγο από ξύδι και μαγειρική σόδα: Το οξικό νάτριο ή ο "καυτός πάγος" μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε ως ενδοθερμική είτε εξώθερμη αντίδραση, ανάλογα με το αν κρυσταλλώνετε ή λιώνετε το στερεό.
Ενδοθερμική έναντι Εξώθερμης Σύγκρισης
Ακολουθεί μια σύντομη περίληψη των διαφορών μεταξύ ενδοθερμικών και εξωθερμικών αντιδράσεων:
| Ενδοθερμική | Εξωθερμική |
| απορροφάται η θερμότητα (αισθάνεται κρύο) | η θερμότητα απελευθερώνεται (αισθάνεται ζεστή) |
| Πρέπει να προστεθεί ενέργεια για να προκύψει αντίδραση | η αντίδραση εμφανίζεται αυθόρμητα |
| μειώνεται η διαταραχή (ΔS <0) | αυξήσεις εντροπίας (ΔS> 0) |
| αύξηση της ενθαλπίας (+ ΔΗ) | μείωση της ενθαλπίας (-ΔH) |
Ενεργολογικές και εξεργονικές αντιδράσεις
Οι ενδοθερμικές και εξωθερμικές αντιδράσεις αναφέρονται στην απορρόφηση ή την απελευθέρωση θερμότητας. Υπάρχουν άλλοι τύποι ενέργειας που μπορούν να παραχθούν ή να απορροφηθούν από μια χημική αντίδραση. Παραδείγματα περιλαμβάνουν φως και ήχο. Γενικά, οι αντιδράσεις που περιλαμβάνουν ενέργεια μπορούν να ταξινομηθούν ως εντερική ή εξεργική, Μια ενδοθερμική αντίδραση είναι ένα παράδειγμα ενδονικής αντίδρασης. Μια εξώθερμη αντίδραση είναι ένα παράδειγμα μιας εξωργονικής αντίδρασης.
Βασικά στοιχεία
- Οι ενδοθερμικές και εξωθερμικές αντιδράσεις είναι χημικές αντιδράσεις που απορροφούν και απελευθερώνουν θερμότητα, αντίστοιχα.
- Ένα καλό παράδειγμα ενδοθερμικής αντίδρασης είναι η φωτοσύνθεση. Η καύση είναι ένα παράδειγμα μιας εξώθερμης αντίδρασης.
- Η κατηγοριοποίηση μιας αντίδρασης ως ενδο- ή εξώθερμης εξαρτάται από την καθαρή μεταφορά θερμότητας. Σε οποιαδήποτε δεδομένη αντίδραση, η θερμότητα απορροφάται και απελευθερώνεται. Για παράδειγμα, η ενέργεια πρέπει να εισαχθεί σε μια αντίδραση καύσης για να την ξεκινήσει (ανάβοντας μια φωτιά με έναν αγώνα), αλλά στη συνέχεια απελευθερώνεται περισσότερη θερμότητα από ό, τι απαιτείται.
Πόροι και περαιτέρω ανάγνωση
- Qian, Y.ZZ, et αϊ. «Διαφορετικές πηγές Supernova για το ρ-Επεξεργάζομαι, διαδικασία." Η Αστροφυσική Εφημερίδα, τομ. 494, αρ. 1, 10 Φεβρουαρίου 1998, σελ. 285-296, doi: 10.1086 / 305198.
- Yin, Xi, et αϊ. «Αυτοθερμαντική προσέγγιση για τη γρήγορη παραγωγή ομοιόμορφων μεταλλικών νανοδομών». Χημεία νανοϋλικών για ενέργεια, βιολογία και άλλα, τομ. 2, όχι. 1, 26 Αυγούστου 2015, σελ. 37-41, doi: 10.1002 / cnma.201500123.