Pachetul rece: Un exemplu rece de reacție endotermică

vi s-a întâmplat vreodată acest lucru? Alergi la ora de sport și îți răsucești glezna. Mă doare și începe să se umfle. Profesorul tău apucă trusa de prim ajutor și scoate un pachet rece. După o stoarcere bună, pachetul devine foarte rece, aproape instantaneu. Ce se întâmplă? Cum fac chimicalele să se răcească atât de repede? Răspunsul poate fi găsit în termodinamică! Aceasta este o ramură a științei care explorează transferul de energie., În termodinamică, reacțiile chimice pot fi clasificate fie ca endotermice, fie exoterme.

care sunt cele două tipuri principale de reacții termodinamice?reacțiile exoterme sunt reacții care eliberează energie sub formă de căldură. Probabil că sunteți familiarizați cu multe exemple ale acestor reacții. De exemplu, arderea benzinei în motorul unei mașini este o reacție exotermă. Acest tip particular de reacție exotermă este cunoscut ca o reacție de ardere., O reacție de ardere are loc atunci când un compus, cum ar fi hidrocarburile care alcătuiesc combustibilul, reacționează cu oxigenul pentru a forma un produs nou și a produce căldură. reacțiile endotermice sunt opuse reacțiilor exoterme. Ei absorb energia termică din împrejurimile lor. Aceasta înseamnă că împrejurimile reacțiilor endotermice sunt mai reci ca urmare a reacției. Topirea gheții este un exemplu al acestui tip de reacție.

de unde știi ce tip de reacție termodinamică se întâmplă?o modalitate de a face acest lucru este de a privi sistemul și împrejurimile unei reacții., Sistemul este locul în care are loc reacția, iar împrejurimile sunt zona din jurul sistemului. pentru a determina dacă o reacție este exotermă sau endotermică, puteți:

1. măsurați schimbarea temperaturii sistemului sau a împrejurimilor acestuia sau
2. calculați energia sistemului. dintre aceste două metode, măsurarea schimbării temperaturii este mai ușoară. Pentru a face acest lucru, măsurați pur și simplu temperatura unei reacții înainte și după finalizarea acesteia., Deoarece uneori poate fi dificil să se măsoare temperatura în sistemul unei reacții, oamenii de știință măsoară adesea temperatura din împrejurimi.

   

   este posibil să se prevadă dacă va fi reacția endotermă sau exotermă de a face un pic de matematica. Pentru aceasta, vă ajută să știți un pic despre reacțiile chimice și legăturile chimice.,există două părți la orice reacție chimică. Pe de o parte sunt reactanții. Un reactant este substanța (sau substanțele) cu care începeți. Pe de altă parte sunt produsele. Un produs este substanța sau substanțele cu care ajungeți după ce se întâmplă reacția. într-o reacție chimică, legăturile chimice din moleculele reactantului sunt rupte. Se formează noi legături în moleculele produsului. Un exemplu ar fi reacția de ardere între metanul (CH4) oxigen (O2) (reactanții) care produce molecule de dioxid de carbon (CO2) și apă (H20) (produsele)., Legăturile sunt rupte în moleculele de metan și oxigen. Legăturile se formează în moleculele de dioxid de carbon și apă.

   

   Ce este important să știți este că este nevoie de energie pentru a face, cât și pentru a rupe legăturile., Pentru a determina dacă o reacție este exotermă sau endotermică, trebuie să comparați cantitatea de energie necesară pentru a rupe legăturile reactanților cu cantitatea de energie eliberată atunci când se fac noi legături. Dacă cantitatea de energie eliberată atunci când se formează noile legături în produse este mai mare, atunci este o reacție exotermă. Dacă cantitatea de energie necesară pentru ruperea legăturilor reactanților este mai mare, atunci este o reacție endotermică. o modalitate de a arăta acest lucru este folosind o diagramă de energie. Diagramele energetice arată nivelurile de energie ale reactanților și produselor într-o reacție.,

   

   puteți vedea din diagrama de mai sus că nivelul de energie al produselor de o reacție exotermă este mai mică decât nivelul de energie al reactanților. Diferența dintre nivelurile de energie ale reactanților și produselor se numește schimbarea entalpiei (ΔH). Într-o reacție exotermă, ΔH este negativ. Într-o reacție endotermică, ΔH este pozitiv.,

   știați că?

   oamenii de știință pot măsura energia în alimente prin măsurarea cantității de căldură pe care alimentele o eliberează atunci când este arsă. Ei măsoară acest lucru folosind un instrument numit calorimetru bombă.

   este posibil să se calculeze ΔH fără a face chiar un experiment! Oamenii de știință au determinat experimental energiile necesare pentru a face și rupe legături moleculare specifice. Aceste energii sunt cunoscute ca energii de legătură medie.,r>

   C-H 99 kcal/mol O-H 111 kcal/mol C=O (din CO2) 192 kcal/mol

   Utilizarea metanului de combustie exemplu, din nou, matematica funcționează ca aceasta:

   ΔH = –

   = –

   = –

   = –

   = 634 – 828

   = – 194 kcal/mol

   de la schimbare entalpia este negativă, știm că va fi reacția exotermă.,

   

   cum funcționează termodinamica într-un ambalaj rece?

   acum, să ne întoarcem la pachetul nostru rece. Un pachet rece instant este exemplul perfect al unei reacții endotermice. Există multe ingrediente posibile într-un pachet rece instant, dar ele conțin adesea nitrat de amoniu solid și apă.

   știați că?, azotatul de amoniu este o sare de nitrat. Este foarte utilizat în agricultură ca îngrășământ. De asemenea, este folosit ca un exploziv în industria minieră.

   azotatul de amoniu este depozitat într-o pungă de plastic sigilată care este înconjurată de apă. Când deschideți punga, azotatul de amoniu intră în contact cu apa și se dizolvă.

   

   Dizolvarea unui compus ionic, ca sare de masă sau de azotat de amoniu, implică energie. Ca și alte tipuri de reacții, energia termică poate fi eliberată sau preluată atunci când materialul se dizolvă. Această energie se numește energia soluției și poate fi scrisă ca ΔHsoln.

   ΔHsoln = δ ΔH – ∑ΔH

   Mai degrabă decât elaborarea ΔH pentru reactanții și produsele care utilizează energii de legătură, oamenii de știință folosesc adesea valori pre-calculate pe tabelele de entalpie standard de formare (ΔH°f)., From such a table we learn that:

   Enthalpy of Formation Table

   ΔH°f	kJ/mol
   NH4+(aq)	-132.8
   NH4NO3(s)	-365.1
   NO3-(aq)	-206.,6

   hai Sa facem matematica pentru a calcula energia de soluție

   ΔHsoln = ∑ΔH – ∑ΔH

   = –

   = –

   = – 339.4 + 365.1

   = 25.7 kJ

   Amintiți-vă de la început am spus că dacă ΔH este NEGATIV reacția este exotermă și că, dacă ΔH este POZITIVĂ reacția este endotermă? Ei bine, asta se aplică și problemelor de rezolvare a energiei. Deoarece am calculat că ΔHsoln a fost pozitiv (25,7 kJ), reacția trebuie să fie endotermică. Știm că acest lucru este adevărat, deoarece pachetul rece și-a făcut împrejurimile foarte reci!,

   Rezumând…reacțiile exoterme și endoterme sunt importante pentru lumea noastră chimică. Aceste reacții ne pot ajuta să ne menținem cald prin eliberarea de energie (exotermă) sau ne pot ajuta să ne răcorim prin luarea de energie (endotermică).