Bij veel chemische reacties komt energie vrij in de vorm van warmte, licht of geluid. Dit zijn exotherme reacties. Exotherme reacties kunnen spontaan optreden en resulteren in een hogere willekeur of entropie (ΔS> 0) van het systeem. Ze worden aangegeven door een negatieve warmtestroom (warmte gaat verloren aan de omgeving) en afname van de enthalpie (ΔH <0). In het laboratorium produceren exotherme reacties warmte of kunnen ze zelfs explosief zijn.
Er zijn andere chemische reacties die energie moeten absorberen om door te gaan. Dit zijn endotherme reacties. Endotherme reacties kan niet spontaan voorkomen. Er moet werk worden verricht om deze reacties te krijgen. Wanneer endotherme reacties energie opnemen, wordt tijdens de reactie een temperatuurdaling gemeten. Endotherme reacties worden gekenmerkt door een positieve warmtestroom (in de reactie) en een toename van de enthalpie (+ ΔH).
Voorbeelden van endotherme en exotherme processen
Fotosynthese is een voorbeeld van een endotherme chemische reactie. Daarbij gebruiken planten de energie van de zon om kooldioxide en water om te zetten in glucose en zuurstof. Deze reactie vereist 15MJ energie (zonlicht) voor elke kilogram glucose die wordt geproduceerd:
zonlicht + 6CO2(g) + H2O (l) = C6H12O6(aq) + 6O2(g)
Andere voorbeelden van endotherme processen zijn onder meer:
- Ammoniumchloride oplossen in water
- Krakende alkanen
- Nucleosynthese van elementen die zwaarder zijn dan nikkel in sterren
- Verdampend vloeibaar water
- Smeltend ijs
Een voorbeeld van een exotherme reactie is het mengsel van natrium en chloor om tafelzout op te leveren. Deze reactie levert 411 kJ energie op voor elke mol zout die wordt geproduceerd:
Na (s) + 0,5Cl2(s) = NaCl (s)
Andere voorbeelden van exotherme processen zijn onder meer:
- De thermiet reactie
- Een neutralisatiereactie (bijv. Het mengen van een zuur en een base om een zout en water te vormen)
- De meeste polymerisatiereacties
- Verbranding van een brandstof
- Ademhaling
- Kernsplijting
- Corrosie van metaal (een oxidatiereactie)
- Een zuur oplossen in water
Demonstraties die u kunt uitvoeren
Veel exotherme en endotherme reacties hebben betrekking op giftige chemicaliën, extreme hitte of kou of rommelige verwijderingsmethoden. Een voorbeeld van een snelle exotherme reactie is het oplossen van poedervormig wasmiddel in je hand met een beetje water. Een voorbeeld van een gemakkelijke endotherme reactie is het oplossen van kaliumchloride (verkocht als zoutvervanger) in je hand met water.
Deze endotherme en exotherme demonstraties zijn veilig en gemakkelijk:
- Spannende exotherme reacties om te proberen: Verhit dingen met een van deze eenvoudige exotherme reactiedemonstraties.
- Maak een endotherme reactie: Sommige endotherme reacties worden koud genoeg om bevriezing te veroorzaken. Hier is een voorbeeld van een reactie die veilig genoeg is voor kinderen om aan te raken.
- Hoe een exotherme chemische reactie te creëren: Sommige exotherme reacties veroorzaken vlammen en worden extreem heet (zoals de thermietreactie). Hier is een veilige exotherme reactie die warmte produceert maar geen vuur zal veroorzaken of brandwonden zal veroorzaken.
- Maak heet ijs van azijn en zuiveringszout: Natriumacetaat of "heet ijs" kan worden gebruikt als een endotherme of exotherme reactie, afhankelijk van of u de vaste stof kristalliseert of smelt.
Endotherme versus exotherme vergelijking
Hier volgt een korte samenvatting van de verschillen tussen endotherme en exotherme reacties:
| Endotherm | Exotherm |
| warmte wordt opgenomen (voelt koud aan) | warmte komt vrij (voelt warm aan) |
| er moet energie worden toegevoegd om de reactie te laten plaatsvinden | reactie vindt spontaan plaats |
| stoornis neemt af (ΔS <0) | entropie neemt toe (ΔS> 0) |
| toename van enthalpie (+ ΔH) | afname van enthalpie (-ΔH) |
Endergonische en exergonische reacties
Endotherme en exotherme reacties hebben betrekking op de opname of afgifte van warmte. Er zijn andere soorten energie die kunnen worden geproduceerd of opgenomen door een chemische reactie. Voorbeelden zijn licht en geluid. Over het algemeen kunnen reacties met energie worden geclassificeerd als endergonisch of exergonisch, Een endotherme reactie is een voorbeeld van een endergonische reactie. Een exotherme reactie is een voorbeeld van een exergonische reactie.
Belangrijkste feiten
- Endotherme en exotherme reacties zijn chemische reacties die respectievelijk warmte absorberen en afgeven.
- Een goed voorbeeld van een endotherme reactie is fotosynthese. Verbranding is een voorbeeld van een exotherme reactie.
- De indeling van een reactie als endo- of exotherm is afhankelijk van de netto warmteoverdracht. Bij elke reactie wordt warmte zowel opgenomen als afgegeven. Er moet bijvoorbeeld energie worden ingevoerd in een verbrandingsreactie om het te starten (een vuur aansteken met een lucifer), maar dan komt er meer warmte vrij dan nodig was.
Middelen en verder lezen
- Qian, Y.‐Z., et al. “Diverse Supernova-bronnen voor de r-Werkwijze." The Astrophysical Journal, vol. 494, nee. 1, 10 februari 1998, pag. 285-296, doi: 10.1086 / 305198.
- Yin, Xi, et al. "Zelfverwarmende aanpak voor de snelle productie van uniforme metalen nanostructuren." Chemie van nanomaterialen voor energie, biologie en meer, vol. 2, nee. 1, 26 aug. 2015, pp. 37-41, doi: 10.1002 / cnma.201500123.