Đặc điểm phản ứng nhiệt, phương trình và ví dụ

Một phản ứng nhiệt là thứ phải diễn ra để hấp thụ năng lượng, dưới dạng nhiệt hoặc bức xạ, từ môi trường xung quanh. Nói chung, mặc dù không phải lúc nào cũng vậy, chúng có thể được nhận ra bằng cách giảm nhiệt độ trong môi trường của chúng; hoặc ngược lại, họ cần một nguồn nhiệt, giống như nguồn nhiệt thu được từ ngọn lửa đang cháy.

Sự hấp thụ năng lượng hoặc nhiệt là những gì tất cả các phản ứng nhiệt đều có điểm chung; Bản chất của cùng, cũng như các biến đổi liên quan, rất đa dạng. Họ nên hấp thụ bao nhiêu nhiệt? Câu trả lời phụ thuộc vào nhiệt động lực học của nó: nhiệt độ mà phản ứng xảy ra tự phát.

Ví dụ, một trong những phản ứng nhiệt nội địa đặc trưng nhất là sự thay đổi trạng thái từ nước đá thành nước lỏng. Băng cần hấp thụ nhiệt cho đến khi nhiệt độ của nó đạt xấp xỉ 0 độ C; ở nhiệt độ đó, sự tan chảy của nó trở nên tự phát và băng sẽ hấp thụ cho đến khi nó tan chảy hoàn toàn.

Trong không gian nóng, chẳng hạn như trên bờ biển, nhiệt độ cao hơn và do đó băng sẽ hấp thụ nhiệt nhanh hơn; đó là, nó tan chảy ở tốc độ cao hơn Sự tan chảy của sông băng là một ví dụ về phản ứng nhiệt nội không mong muốn.

Tại sao nó xảy ra theo cách này? Tại sao băng không thể được trình bày như một chất rắn nóng? Câu trả lời nằm ở động năng trung bình của các phân tử nước ở cả hai trạng thái và cách chúng tương tác với nhau thông qua liên kết hydro của chúng.

Trong nước lỏng, các phân tử của nó có sự tự do di chuyển lớn hơn trong băng, nơi chúng rung động đứng yên trong tinh thể của chúng. Để di chuyển, các phân tử phải hấp thụ năng lượng theo cách mà các rung động của chúng phá vỡ các cầu hydro định hướng mạnh mẽ trong băng.

Vì lý do này, băng hấp thụ nhiệt để tan chảy. Để có một "băng nóng", các cầu hydro sẽ phải mạnh đến mức bất thường để tan chảy ở nhiệt độ cao hơn 0 ° C.

Chỉ số

• 1 Đặc điểm của phản ứng nhiệt nội
  • 1.1 HH> 0
  • 1.2 Làm mát môi trường xung quanh
• 2 phương trình
• 3 Ví dụ về các phản ứng nhiệt nội phổ biến
  • 3.1 Sự bay hơi của đá khô
  • 3.2 Nướng bánh mì hoặc nấu thức ăn
  • 3.3 Tắm nắng
  • 3.4 Phản ứng của sự hình thành nitơ và ozone trong khí quyển
  • 3.5 Điện phân nước
  • 3.6 Quang hợp
  • 3.7 Giải pháp của một số muối
  • 3.8 Phân hủy nhiệt
  • 3.9 Amoni clorua trong nước
  • 3.10 Natri triosulfate
  • 3.11 Động cơ ô tô
  • 3.12 chất lỏng sôi
  • 3.13 Nấu trứng
  • 3.14 Nấu thức ăn
  • 3.15 Làm nóng thức ăn trong lò vi sóng
  • 3.16 Đúc thủy tinh
  • 3.17 Tiêu thụ nến
  • 3.18 Vệ sinh bằng nước nóng
  • 3.19 Khử trùng nhiệt thực phẩm và các đồ vật khác
  • 3.20 Chống nhiễm trùng sốt
  • 3.21 Bốc hơi nước
• 4 tài liệu tham khảo

Đặc điểm của phản ứng nhiệt

Sự thay đổi trạng thái không đúng là một phản ứng hóa học; tuy nhiên, điều tương tự cũng xảy ra: sản phẩm (nước lỏng) có nhiều năng lượng hơn chất phản ứng (nước đá). Đây là đặc điểm chính của quá trình phản ứng hoặc phản ứng nhiệt: các sản phẩm có nhiều năng lượng hơn các chất phản ứng.

Mặc dù điều này là đúng, nhưng điều đó không có nghĩa là các sản phẩm nhất thiết phải không ổn định. Trong trường hợp đó, phản ứng nhiệt nội dừng lại tự phát trong mọi điều kiện nhiệt độ hoặc áp suất.

Xét phương trình hóa học sau:

A + Q => B

Trong đó Q đại diện cho nhiệt, thường được biểu thị bằng đơn vị joule (J) hoặc calo (cal). Vì A hấp thụ nhiệt Q để biến đổi thành B, nên người ta nói rằng đó là một phản ứng nhiệt. Do đó, B có nhiều năng lượng hơn A và phải hấp thụ đủ năng lượng để đạt được sự biến đổi của nó.

Như có thể thấy trong sơ đồ trên, A có ít năng lượng hơn B. Lượng nhiệt Q hấp thụ A sao cho nó vượt qua năng lượng kích hoạt (năng lượng cần thiết để đạt đến đỉnh màu tím có mái chấm). Sự khác biệt về năng lượng giữa A và B là cái được gọi là entanpy của phản ứng, ΔH.

ΔH> 0

Tất cả các phản ứng nhiệt đều có điểm chung trong sơ đồ trước đó, vì các sản phẩm có nhiều năng lượng hơn các chất phản ứng. Do đó, chênh lệch năng lượng giữa chúng, H, luôn dương (H_{Sản phẩm}-H_{Thuốc thử} > 0). Khi điều này là đúng, phải có sự hấp thụ nhiệt hoặc năng lượng từ môi trường xung quanh để cung cấp cho nhu cầu năng lượng này.

Và những biểu hiện như vậy được giải thích như thế nào? Trong một liên kết phản ứng hóa học luôn luôn bị phá vỡ để tạo ra những người khác. Để phá vỡ chúng, việc hấp thụ năng lượng là cần thiết; đó là, nó là một đoạn nhiệt nội. Trong khi đó, sự hình thành của các liên kết ngụ ý sự ổn định, vì vậy đây là một bước tỏa nhiệt.

Khi các liên kết được hình thành không cung cấp độ ổn định tương đương với lượng năng lượng cần thiết để phá vỡ các liên kết cũ, đây là một phản ứng nhiệt. Đó là lý do tại sao cần thêm năng lượng để thúc đẩy sự phá vỡ các liên kết ổn định nhất trong thuốc thử.

Mặt khác, trong các phản ứng tỏa nhiệt xảy ra điều ngược lại: nhiệt được giải phóng và ΔH là < 1 (negativo). Aquí los productos son más estables que los reactivos, y el diagrama entre A y B cambia de forma; ahora B se ubica por debajo de A, y la energía de activación es menor.

Họ làm mát môi trường xung quanh

Mặc dù nó không áp dụng cho tất cả các phản ứng nhiệt nội, một số trong số chúng gây ra sự giảm nhiệt độ của môi trường xung quanh. Điều này là do nhiệt hấp thụ đến từ một nơi nào đó. Do đó, nếu chuyển đổi A và B được thực hiện trong một container, nó sẽ hạ nhiệt.

Phản ứng càng phản ứng nhiệt, container càng lạnh và môi trường xung quanh sẽ trở nên. Trên thực tế, một số phản ứng thậm chí có khả năng tạo thành một lớp băng mỏng, như thể chúng đã ra khỏi tủ lạnh.

Tuy nhiên, có những phản ứng thuộc loại này không làm mát môi trường xung quanh. Tại sao? Bởi vì sức nóng của môi trường xung quanh là không đủ; nghĩa là, nó không cung cấp Q (J, cal) cần thiết được viết trong các phương trình hóa học. Do đó, nó ở đây khi lửa hoặc tia cực tím đi vào.

Một sự nhầm lẫn nhỏ có thể phát sinh giữa cả hai kịch bản. Một mặt, sức nóng của môi trường xung quanh đủ cho phản ứng tiến hành một cách tự nhiên, và sự làm mát được quan sát thấy; và mặt khác, cần nhiều nhiệt hơn và phương pháp làm nóng hiệu quả được sử dụng. Trong cả hai trường hợp điều tương tự xảy ra: năng lượng được hấp thụ.

Phương trình

Các phương trình liên quan trong một phản ứng nhiệt nội là gì? Như đã giải thích, ΔH phải dương. Để tính toán nó, phương trình hóa học sau đây được xem xét đầu tiên:

aA + bB => cC + dD

Trong đó A và B là các chất phản ứng và C và D là các sản phẩm. Các chữ cái viết thường (a, b, c và d) là các hệ số cân bằng hóa học. Để tính ΔH của phản ứng chung này, biểu thức toán học sau được áp dụng:

ΔH_{Sản phẩm}- ΔH_{Thuốc thử} = HH_rxn

Bạn có thể tiến hành trực tiếp, hoặc thực hiện các tính toán riêng biệt. Cho ΔH_{Sản phẩm} tổng số sau phải được tính:

cH_fC + d ΔH_fD

Ở đâu ΔH_f nó là entanpy của sự hình thành của mỗi chất tham gia vào phản ứng. Theo quy ước, các chất ở dạng ổn định nhất của chúng có ΔH_f= 0 Ví dụ: phân tử O₂ và H₂, hoặc một kim loại rắn, chúng có ΔH_f= 0.

Tính toán tương tự được thực hiện cho các chất phản ứng, ΔH_{Thuốc thử}:

đến ΔH_fA + b H_fB

Nhưng như phương trình nói rằng H_{Thuốc thử} phải được trừ khỏi ΔH_{Sản phẩm}, thì tổng trước đó phải được nhân với -1. Vì vậy, bạn có:

cH_fC + d ΔH_fD - (đến ΔH_fA + b H_fB)

Nếu kết quả của phép tính này là một số dương, thì đó là một phản ứng nhiệt. Và nếu nó âm tính, đó là một phản ứng tỏa nhiệt.

Ví dụ về các phản ứng nhiệt nội phổ biến

Sự bay hơi của đá khô

Bất cứ ai đã nhìn thấy những hơi trắng phát ra từ một xe kem đều chứng kiến ​​một trong những ví dụ phổ biến nhất về "phản ứng" nhiệt động.

Ngoài một vài loại kem, những hơi này tách ra từ chất rắn màu trắng, được gọi là đá khô, cũng là một phần của các kịch bản để tạo ra hiệu ứng của khói mù. Lớp băng khô này không gì khác hơn là carbon dioxide rắn, giúp hấp thụ nhiệt độ và trước khi áp suất bên ngoài bắt đầu thăng hoa.

Một thí nghiệm cho khán giả nhí sẽ là lấp đầy và bịt kín một cái túi bằng đá khô. Sau một thời gian, nó sẽ kết thúc vì CO₂ khí, tạo ra công việc hoặc ép các bức tường bên trong của túi chống lại áp suất khí quyển.

Nướng bánh hoặc nấu thức ăn

Việc nướng bánh mì là một ví dụ về phản ứng hóa học, vì bây giờ có những thay đổi hóa học do nhiệt. Bất cứ ai ngửi thấy mùi thơm của bánh mì mới nướng đều biết rằng đang xảy ra phản ứng nhiệt.

Bột và tất cả các thành phần của nó, cần sức nóng của lò để thực hiện tất cả các biến đổi, không thể thiếu để trở thành bánh mì và thể hiện các đặc tính điển hình của nó.

Ngoài bánh mì, nhà bếp có đầy đủ các ví dụ về phản ứng nhiệt. Ai nấu ăn đối phó với họ hàng ngày. Nấu mì ống, làm mềm ngũ cốc, làm nóng hạt ngô, nướng trứng, nêm thịt, nướng bánh, pha trà, làm nóng bánh sandwich; mỗi hoạt động này là phản ứng nhiệt.

Tắm nắng

Đơn giản và phổ biến như vẻ ngoài của chúng, những tia nắng mà một số loài bò sát nhất định lấy, chẳng hạn như rùa và cá sấu, rơi vào loại phản ứng nhiệt. Rùa hấp thụ nhiệt từ mặt trời để điều chỉnh nhiệt độ của sinh vật.

Không có mặt trời, chúng giữ nhiệt của nước để giữ ấm; những gì kết thúc làm mát nước trong bể hoặc bể cá của bạn.

Phản ứng hình thành nitơ và ozone trong khí quyển

Không khí chủ yếu bao gồm nitơ và oxy. Trong cơn giông bão, một năng lượng được giải phóng có thể phá vỡ các liên kết mạnh giữ các nguyên tử nitơ lại với nhau trong phân tử N.₂:

N₂ + Ôi₂ + Q => 2NO

Mặt khác, oxy có thể hấp thụ bức xạ cực tím để trở thành ozone; allotrope oxy rất có lợi trong tầng bình lưu, nhưng gây bất lợi cho cuộc sống ở tầng trệt. Phản ứng là:

3O₂ + v => 2O₃

Trong đó v có nghĩa là bức xạ cực tím. Cơ chế đằng sau phương trình đơn giản đó rất phức tạp..

Điện phân nước

Điện phân sử dụng năng lượng điện để tách một phân tử trong các nguyên tố của nó hoặc tạo thành các phân tử. Ví dụ, trong quá trình điện phân nước, hai khí được tạo ra: hydro và oxy, mỗi loại ở các điện cực khác nhau:

2 giờ₂O => 2H₂ + Ôi₂

Ngoài ra, natri clorua có thể chịu phản ứng tương tự:

2NaCl => 2Na + Cl₂

Trong một điện cực, bạn sẽ thấy sự hình thành của natri kim loại, và trong một điện cực khác, bọt màu xanh lục của clo.

Quang hợp

Cây và cây cần hấp thụ ánh sáng mặt trời làm nguồn cung cấp năng lượng để tổng hợp vật liệu sinh học của chúng. Đối với điều này, nó sử dụng CO làm nguyên liệu₂ và nước, qua một loạt các bước dài, được chuyển đổi thành glucose và các loại đường khác. Ngoài ra, oxy được hình thành, được giải phóng từ lá.

Dung dịch muối

Nếu natri clorua hòa tan trong nước, sẽ không có sự thay đổi đáng chú ý nào về nhiệt độ bên ngoài của bình hoặc bình chứa..

Một số muối, chẳng hạn như canxi clorua, CaCl₂, tăng nhiệt độ của nước là sản phẩm của quá trình hydrat hóa tuyệt vời của các ion Ca²⁺. Và các muối khác, chẳng hạn như nitrat hoặc amoni clorua, NH₄KHÔNG₃ và NH₄Cl, giảm nhiệt độ của nước và làm mát môi trường xung quanh.

Trong các lớp học, các thí nghiệm tự chế thường được thực hiện hòa tan một số muối này để chứng minh phản ứng nhiệt là gì.

Nhiệt độ giảm là do sự hydrat hóa của các ion NH₄⁺ nó không được ưa chuộng chống lại sự hòa tan của các sắp xếp tinh thể của muối. Do đó, các muối hấp thụ nhiệt từ nước để cho phép các ion được hòa tan.

Một phản ứng hóa học khác thường rất phổ biến để chứng minh điều này là:

Ba (OH)₂· 8 giờ₂O + 2NH₄KHÔNG₃ => Ba (KHÔNG₃)₂ + 2NH₃ +10 giờ₂Ôi

Lưu ý lượng nước hình thành. Bằng cách trộn cả hai chất rắn, thu được dung dịch Ba nước (NO₃)₂, với mùi amoniac và với sự giảm nhiệt độ như vậy sẽ đóng băng bề mặt bên ngoài của container.

Phân hủy nhiệt

Một trong những phân hủy nhiệt phổ biến nhất là sodium bicarbonate, NaHCO₃, để sản xuất CO₂ và nước khi đun nóng. Nhiều chất rắn, bao gồm cả cacbonat, có xu hướng phân hủy để giải phóng CO₂ và oxit tương ứng. Ví dụ, sự phân hủy canxi cacbonat như sau:

CaCO₃ + Q => CaO + CO₂

Điều tương tự cũng xảy ra với magiê, strontium và barium carbonate.

Điều quan trọng cần lưu ý là sự phân hủy nhiệt khác với quá trình đốt cháy. Trong lần đầu tiên, không có sự hiện diện của đánh lửa hoặc nhiệt được giải phóng, trong khi trong lần thứ hai thì có; nghĩa là, sự đốt cháy là một phản ứng tỏa nhiệt, mặc dù nó cần một nguồn nhiệt ban đầu diễn ra hoặc xảy ra một cách tự nhiên.

Clorua amoni trong nước

Khi một lượng nhỏ amoni clorua (NH4Cl) được hòa tan trong nước trong ống nghiệm, ống sẽ trở nên lạnh hơn trước. Trong phản ứng hóa học này, nhiệt được hấp thụ từ môi trường.

Natri triosulfate

Khi tinh thể natri thiosulfate (Na₂S₂Ôi₃.5 giờ₂O), thường được gọi là hypo, hòa tan trong nước, xảy ra hiệu ứng làm mát.

Động cơ xe

Việc đốt xăng hoặc dầu diesel trong động cơ của ô tô, xe tải, máy kéo hoặc xe buýt tạo ra năng lượng cơ học, được sử dụng trong lưu thông của các phương tiện này.

Chất lỏng sôi

Bằng cách đặt chất lỏng vào nhiệt, nó thu được năng lượng và chuyển sang trạng thái khí.

Nấu một quả trứng

Khi nhiệt được áp dụng, các protein trứng bị biến tính tạo thành cấu trúc rắn thường được ăn vào.

Nấu ăn

Nói chung, luôn luôn khi nấu bằng nhiệt để thay đổi tính chất của thực phẩm, các phản ứng nhiệt sẽ xảy ra.

Những phản ứng này là nguyên nhân khiến thực phẩm trở nên mềm hơn, tạo ra khối dễ uốn, giải phóng các thành phần mà chúng chứa, trong số những thứ khác.

Làm nóng thức ăn trong lò vi sóng

Bằng bức xạ vi sóng, các phân tử nước trong thực phẩm hấp thụ năng lượng, bắt đầu rung và tăng nhiệt độ của thực phẩm.

Kính đúc

Sự hấp thụ nhiệt của thủy tinh làm cho các khớp của chúng linh hoạt hơn, làm cho hình dạng của chúng dễ thay đổi hơn.

Tiêu thụ một ngọn nến

Sáp nến tan chảy khi nó hấp thụ nhiệt của ngọn lửa, thay đổi hình dạng của nó.

Làm sạch bằng nước nóng

Khi sử dụng nước nóng để làm sạch các vật đã bị dính dầu mỡ, chẳng hạn như nồi hoặc quần áo, mỡ sẽ trở nên lỏng hơn và dễ dàng loại bỏ hơn.

Khử trùng nhiệt thực phẩm và các đồ vật khác

Khi làm nóng đồ vật hoặc thực phẩm, các vi sinh vật mà chúng chứa cũng làm tăng nhiệt độ của chúng.

Khi nhiều nhiệt được cung cấp, các phản ứng bên trong các tế bào vi sinh vật xảy ra. Nhiều trong số các phản ứng này, chẳng hạn như phá vỡ liên kết hoặc biến tính protein, cuối cùng giết chết vi sinh vật.

Chống nhiễm trùng sốt

Khi sốt xuất hiện, đó là do cơ thể tạo ra nhiệt cần thiết để tiêu diệt vi khuẩn và vi rút gây nhiễm trùng và sinh bệnh.

Nếu nhiệt sinh ra cao và sốt cao, các tế bào của cơ thể cũng bị ảnh hưởng và có nguy cơ tử vong.

Bốc hơi nước

Khi nước bay hơi và biến thành hơi nước, đó là do nhiệt mà nó nhận được từ môi trường. Khi năng lượng nhiệt được nhận bởi mỗi phân tử nước, năng lượng rung động của nó tăng đến mức có thể di chuyển tự do, tạo ra hơi nước.

Tài liệu tham khảo

1. Whites, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Tái bản lần thứ 8). Học tập.
2. Wikipedia. (2018). Quá trình thu nhiệt. Lấy từ: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Tiến sĩ (Ngày 27 tháng 12 năm 2018). Ví dụ phản ứng nhiệt nội. Lấy từ: thinkco.com
4. Học viện Khan. (2019). Thu nhiệt phản ứng tỏa nhiệt Lấy từ: khanacademy.org
5. Bài giảng Murmson. (2019). Điều gì xảy ra ở cấp độ phân tử trong một phản ứng nhiệt? Nghe tin Seattle Media. Lấy từ: giáo dục.seatussypi.com
6. QuimiTube. (2013). Tính toán entanpy phản ứng từ entanpy của sự hình thành. Lấy từ: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Ví dụ về phản ứng nhiệt. Lấy từ:
   quimicas.net.