خصائص التفاعل للحرارة والمعادلات والأمثلة

ل تفاعل ماص للحرارة هو ما يجب أن يحدث لامتصاص الطاقة ، في شكل حرارة أو إشعاع ، من محيطها. بشكل عام ، رغم أنه ليس دائمًا ، يمكن التعرف عليها من خلال انخفاض درجة الحرارة في بيئتها ؛ أو على العكس من ذلك ، يحتاجون إلى مصدر للحرارة ، مثل تلك التي يتم الحصول عليها بواسطة لهب مشتعل.

إن امتصاص الطاقة أو الحرارة هو ما تشترك فيه جميع ردود الفعل المبطنة للحرارة ؛ طبيعة نفسه ، وكذلك التحولات المعنية ، متنوعة للغاية. ما مقدار الحرارة التي يجب أن تمتصها؟ تعتمد الإجابة على الديناميكا الحرارية: درجة الحرارة التي يحدث فيها التفاعل تلقائيًا.

على سبيل المثال ، واحدة من أكثر ردود الفعل المبطنة للحرارة هي تغيير الحالة من الجليد إلى الماء السائل. يحتاج الجليد إلى امتصاص الحرارة حتى تصل درجة حرارته إلى حوالي 0 درجة مئوية ؛ عند درجة الحرارة هذه ، يصبح ذوبانه تلقائيًا ، وسوف يمتص الجليد حتى يذوب تمامًا.

في الأماكن الساخنة ، كما هو الحال على شواطئ الشاطئ ، ترتفع درجات الحرارة وبالتالي يمتص الجليد الحرارة بشكل أسرع ؛ وهذا هو ، يذوب بسرعة أعلى. ذوبان الأنهار الجليدية هو مثال على رد فعل مفضل للحرارة.

لماذا يحدث هذا بهذه الطريقة؟ لماذا لا يمكن تقديم الجليد كمادة ساخنة؟ تكمن الإجابة في متوسط ​​الطاقة الحركية لجزيئات الماء في كلتا الحالتين ، وكيف تتفاعل مع بعضها البعض من خلال روابط الهيدروجين الخاصة بها.

في الماء السائل ، تتمتع جزيئاتها بحرية حركة أكبر من الجليد ، حيث تهتز ثابتة في بلوراتها. للتنقل ، يجب أن تمتص الجزيئات الطاقة بطريقة تكسر اهتزازاتها جسور الهيدروجين الاتجاهية القوية في الجليد.

لهذا السبب يمتص الجليد الحرارة ليذوب. لكي يكون هناك "جليد ساخن" ، يجب أن تكون جسور الهيدروجين قوية بشكل غير طبيعي في الذوبان عند درجة حرارة أعلى بكثير من 0 درجة مئوية.

مؤشر

• 1 خصائص رد الفعل للحرارة
  • 1.1 ΔH> 0
  • 1.2 تبريد محيطهم
• 2 المعادلات
• 3 أمثلة من ردود الفعل ماص للحرارة المشتركة
  • 3.1 تبخر الثلج الجاف
  • 3.2 خبز الخبز أو طهي الطعام
  • 3.3 حمامات الشمس
  • 3.4 رد فعل النيتروجين في الغلاف الجوي وتكوين الأوزون
  • 3.5 التحليل الكهربائي للماء
  • 3.6 التمثيل الضوئي
  • 3.7 حلول بعض الأملاح
  • 3.8 التحلل الحراري
  • 3.9 كلوريد الأمونيوم في الماء
  • 3.10 ثالثا سلفات الصوديوم
  • 3.11 محركات السيارات
  • 3.12 غليان السوائل
  • 3.13 طهي البيضة
  • 3.14 طهي الطعام
  • 3.15 تسخين الطعام في الميكروويف
  • 3.16 صب الزجاج
  • 3.17 استهلاك شمعة
  • 3.18 التنظيف بالماء الساخن
  • 3.19 التعقيم الحراري للأغذية وغيرها من الأشياء
  • 3.20 مكافحة الالتهابات مع الحمى
  • 3.21 تبخر الماء
• 4 المراجع

خصائص تفاعل ماص للحرارة

تغيير الحالة ليس بشكل صحيح تفاعل كيميائي ؛ ومع ذلك ، يحدث نفس الشيء: المنتج (الماء السائل) لديه طاقة أكثر من المفاعل (الثلج). هذه هي السمة الرئيسية للتفاعل أو عملية للحرارة: المنتجات أكثر حيوية من المواد المتفاعلة.

على الرغم من أن هذا صحيح ، إلا أنه لا يعني بالضرورة أن تكون المنتجات غير مستقرة. في حالة حدوثها ، يتوقف رد الفعل المسبب للحرارة عن تلقاء نفسه في جميع ظروف درجة الحرارة أو الضغط.

النظر في المعادلة الكيميائية التالية:

A + Q => B

حيث تمثل Q الحرارة ، وعادة ما يتم التعبير عنها بوحدات joule (J) أو السعرات الحرارية (cal). بما أن A تمتص الحرارة Q لتتحول إلى B ، يُقال إنها تفاعل ماص للحرارة. وبالتالي ، تمتلك B طاقة أكثر من A ، ويجب أن تمتص طاقة كافية لتحقيق تحولها.

كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه ، فإن A لديه طاقة أقل من B. كمية الحرارة التي تمتصها Q هي التي تتغلب على طاقة التنشيط (الطاقة اللازمة للوصول إلى القمة الأرجواني مع سقف منقط). الفرق بين الطاقة A و B هو ما يعرف باسم المحتوى الحراري للتفاعل ، ΔH.

>H> 0

تشترك جميع ردود الفعل المبطنة للحرارة في المخطط السابق ، نظرًا لأن المنتجات أكثر نشاطًا من المواد المتفاعلة. لذلك ، يكون فرق الطاقة بينهما ، ΔH ، موجبًا دائمًا (H_نتاج-H_كاشف > 0). عندما يكون هذا صحيحًا ، يجب أن يكون هناك امتصاص للحرارة أو الطاقة من المناطق المحيطة لتوفير هذه الاحتياجات النشطة.

وكيف يتم تفسير هذه التعبيرات؟ في تفاعل التفاعل الكيميائي ، يتم دائمًا كسر الروابط لإنشاء الآخرين. لكسرها ، وامتصاص الطاقة ضروري. وهذا هو ، وهو ممر للحرارة. وفي الوقت نفسه ، تشكيل الروابط ينطوي على الاستقرار ، لذلك هو خطوة طاردة للحرارة.

عندما لا توفر الروابط المتشابهة ثباتًا مماثلًا لكمية الطاقة المطلوبة لكسر الروابط القديمة ، يكون هذا رد فعل ماص للحرارة. وهذا هو السبب وراء الحاجة إلى طاقة إضافية لتعزيز كسر الروابط الأكثر ثباتًا في الكواشف.

من ناحية أخرى ، في ردود الفعل الطاردة للحرارة يحدث العكس: يتم إطلاق الحرارة و ΔH < 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.

يبردون محيطهم

على الرغم من أنه لا ينطبق على جميع ردود الفعل الماص للحرارة ، إلا أن العديد منها يسبب انخفاضًا في درجة حرارة محيطه. وذلك لأن الحرارة الممتصة تأتي من مكان ما. وبالتالي ، إذا تم تحويل A و B إلى حاوية ، فسيبرد.

كلما زاد تفاعل التفاعل مع الحرارة ، كلما أصبحت برودة الحاوية والمناطق المحيطة بها. في الواقع ، بعض التفاعلات قادرة حتى على تكوين غطاء جليدي رفيع ، كما لو كانت قد خرجت من الثلاجة.

ومع ذلك ، هناك ردود فعل من هذا النوع لا تهدئ محيطهم. لماذا؟ لأن حرارة المناطق المحيطة غير كافية ؛ بمعنى أنه لا يوفر Q (J ​​، cal) الضرورية التي يتم كتابتها في المعادلات الكيميائية. لذلك ، هو هنا عندما تدخل النار أو الأشعة فوق البنفسجية.

قد يحدث تشويش صغير بين كلا السيناريوهين. من ناحية ، تكفي حرارة البيئة المحيطة لرد الفعل بشكل تلقائي ، ويلاحظ وجود تبريد ؛ ومن ناحية أخرى ، هناك حاجة إلى مزيد من الحرارة واستخدام طريقة تسخين فعالة. في كلتا الحالتين يحدث نفس الشيء: يتم امتصاص الطاقة.

معادلات

ما هي المعادلات ذات الصلة في رد الفعل للحرارة؟ كما هو موضح بالفعل ، يجب أن تكون positiveH موجبة. لحسابها ، تعتبر المعادلة الكيميائية التالية أولاً:

aA + bB => cC + dD

حيث A و B هي المواد المتفاعلة ، و C و D هي المنتجات. الأحرف الصغيرة (أ ، ب ، ج ، د) هي معاملات العناصر المتكافئة. لحساب ΔH من هذا التفاعل العام ، يتم تطبيق التعبير الرياضي التالي:

.DELTA.H_إنتاج- .DELTA.H_{الكواشف} = ΔH_rxn

يمكنك المتابعة مباشرة ، أو إجراء الحسابات بشكل منفصل. ل ΔH_إنتاج يجب حساب المبلغ التالي:

ج ΔH_FC + د ΔH_FD

أين ΔH_F هو المحتوى الحراري لتكوين كل مادة من العناصر المتفاعلة في التفاعل. بموجب الاتفاقية ، فإن المواد في أشكالها الأكثر استقرارا لديها haveH_F= 0 على سبيل المثال ، يا جزيئات₂ و ح₂, أو معدن صلب ، لديهم ΔH_F= 0.

يتم الآن نفس الحساب بالنسبة للمتفاعلات ، ΔH_{الكواشف}:

إلى ΔH_FA + b ΔH_FB

ولكن كما تقول المعادلة أن ΔH_{الكواشف} يجب أن تطرح من ΔH_إنتاج, ثم يجب ضرب المبلغ السابق ب -1. إذن لديك:

ج ΔH_FC + د ΔH_FD - (إلى ΔH_FA + b ΔH_FB)

إذا كانت نتيجة هذا الحساب هي رقم موجب ، فعندئذ يكون رد فعل ماص للحرارة. وإذا كان سلبيا ، فهو رد فعل طارد للحرارة.

أمثلة من ردود الفعل ماص للحرارة المشتركة

تبخر الثلج الجاف

كل من رأى تلك الأبخرة البيضاء المنبثقة من عربة آيس كريم شهد أحد أكثر الأمثلة الشائعة على "تفاعل" ماص للحرارة.

بالإضافة إلى عدد قليل من كريمات الجليد ، فإن هذه الأبخرة المنفصلة عن اللون الأبيض الصلب ، والتي تسمى الجليد الجاف ، كانت أيضًا جزءًا من السيناريوهات لخلق تأثير الضباب. هذا الثلج الجاف ليس أكثر من ثاني أكسيد الكربون الصلب ، الذي يمتص الحرارة وقبل أن يبدأ الضغط الخارجي في التسامي.

ستكون تجربة جمهور الأطفال هي ملء وختم كيس بالجليد الجاف. بعد فترة من الوقت ، سوف ينتهي تضخيم بسبب CO₂ الغازية ، التي تولد العمل أو تضغط على الجدران الداخلية للكيس ضد الضغط الجوي.

أرغفة الخبز أو طبخ الطعام

يعد خبز الخبز مثالًا على التفاعل الكيميائي ، حيث توجد الآن تغييرات كيميائية بسبب الحرارة. يعرف كل من رائحة رائحة الخبز الطازج أن رد فعل ماص للحرارة يحدث.

تحتاج العجين وجميع مكوناته إلى حرارة الفرن لتنفيذ جميع التحولات ، التي لا غنى عنها ليصبح الخبز ويظهر خصائصه النموذجية.

بالإضافة إلى الخبز ، المطبخ مليء بأمثلة على ردود الفعل الماص للحرارة. الذي يتعامل الطهاة معهم يوميا. طبخ المعكرونة ، تليين الحبوب ، تسخين حبيبات الذرة ، بيض الخبز ، اللحوم المتبلة ، تحضير كعكة ، صنع الشاي ، تسخين السندويشات ؛ كل من هذه الأنشطة هي ردود فعل ماص للحرارة.

حمامات الشمس

إن حمامات الشمس التي تأخذها بعض الزواحف ، مثلها مثل السلاحف والتماسيح ، تندرج ضمن فئة ردود الفعل المبطنة للحرارة ، بقدر ما قد تبدو بسيطة. السلاحف تمتص الحرارة من الشمس لتنظيم درجة حرارة الكائن الحي.

بدون الشمس ، يحتفظون بحرارة الماء للتدفئة. ما ينتهي تبريد الماء في خزانات أو خزانات الأسماك.

رد فعل النيتروجين في الغلاف الجوي وتكوين الأوزون

يتكون الهواء أساسا من النيتروجين والأكسجين. أثناء العواصف الرعدية ، يتم إطلاق طاقة يمكنها كسر الروابط القوية التي تجمع ذرات النيتروجين معًا في جزيء N.₂:

N₂ + O₂ + س => 2 لا

من ناحية أخرى ، يمكن للأكسجين امتصاص الأشعة فوق البنفسجية لتصبح الأوزون ؛ تباين الأكسجين مفيد للغاية في الستراتوسفير ، ولكنه يضر بالحياة على مستوى الأرض. رد الفعل هو:

3O₂ + ت => 2O₃

حيث الخامس يعني الأشعة فوق البنفسجية. الآلية الكامنة وراء هذه المعادلة البسيطة معقدة للغاية.

التحليل الكهربائي للماء

يستخدم التحليل الكهربائي الطاقة الكهربائية لفصل الجزيء في عناصره أو تشكيل الجزيئات. على سبيل المثال ، في التحليل الكهربائي للماء ، يتم إنشاء غازاتين: الهيدروجين والأكسجين ، كل في أقطاب كهربائية مختلفة:

2H₂يا => 2H₂ + O₂

أيضًا ، يمكن أن يعاني كلوريد الصوديوم من نفس التفاعل:

2NaCl => 2Na + Cl₂

في أحد الأقطاب ، سترى تشكيل الصوديوم المعدني ، وفي الفقاعات الأخرى الخضراء من الكلور.

التركيب الضوئي

تحتاج النباتات والأشجار إلى امتصاص أشعة الشمس كمصدر للطاقة لتجميع موادها الحيوية. لهذا ، فإنه يستخدم CO كمواد خام₂ والماء ، والتي من خلال سلسلة طويلة من الخطوات ، يتم تحويلها إلى الجلوكوز والسكريات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يتكون الأكسجين ، الذي يتم إطلاقه من الأوراق.

حلول بعض الأملاح

إذا تم إذابة كلوريد الصوديوم في الماء ، فلن يلاحظ أي تغير ملحوظ في درجة الحرارة الخارجية للسفينة أو الحاوية..

بعض الأملاح ، مثل كلوريد الكالسيوم ، CaCl₂, زيادة درجة حرارة الماء كمنتج لترطيب كبير من أيونات الكالسيوم²⁺. وأملاح أخرى ، مثل نترات أو كلوريد الأمونيوم ، NH₄NO₃ و NH₄Cl ، وانخفاض درجة حرارة الماء وتبريد المناطق المحيطة بها.

في الفصول الدراسية عادة ما يتم إجراء تجارب محلية الصنع لحل بعض هذه الأملاح لإظهار ما هو رد فعل ماص للحرارة.

الانخفاض في درجة الحرارة يرجع إلى ترطيب أيونات NH₄⁺ إنه لا يفضل ضد حل الترتيبات البلورية لأملاحه. وبالتالي ، تمتص الأملاح الحرارة من الماء للسماح للأيونات بحلها.

تفاعل كيميائي آخر شائع جدًا عادة لإثبات ذلك هو ما يلي:

با (أوهايو)₂· 8 ساعات₂O + 2NH₄NO₃ => با (لا₃)₂ + 2NH₃ +10H₂O

لاحظ كمية الماء المتكون. عن طريق خلط كل من المواد الصلبة ، يتم الحصول على محلول با مائي (لا₃)₂, مع رائحة الأمونيا ، ومع انخفاض درجة الحرارة الذي يجمد حرفيا السطح الخارجي للحاوية.

التحلل الحراري

واحدة من التحلل الحراري الأكثر شيوعا هو بيكربونات الصوديوم ، NaHCO₃, لإنتاج CO₂ والماء عند تسخينها. تميل العديد من المواد الصلبة ، بما في ذلك الكربونات ، إلى التحلل لإطلاق ثاني أكسيد الكربون₂ وأكسيد المقابلة. على سبيل المثال ، يتحلل كربونات الكالسيوم كما يلي:

كربونات الكالسيوم₃ + س => CaO + CO₂

يحدث الشيء نفسه مع كربونات المغنيسيوم والسترونتيوم والباريوم.

من المهم أن نلاحظ أن التحلل الحراري يختلف عن الاحتراق. في البداية لا يوجد أي إشعال أو حرارة يتم إطلاقها ، بينما في الثانية نعم ؛ وهذا يعني أن الاحتراق هو رد فعل طارد للحرارة ، على الرغم من أنه يحتاج إلى مصدر أولي للحرارة لكي يحدث أو يحدث تلقائيًا.

كلوريد الأمونيوم في الماء

عندما يتم إذابة كمية صغيرة من كلوريد الأمونيوم (NH4Cl) في الماء في أنبوب اختبار ، يصبح الأنبوب أكثر برودة من ذي قبل. خلال هذا التفاعل الكيميائي ، تمتص الحرارة من البيئة.

ثلاثي الصوديوم

عندما بلورات ثيوكبريتات الصوديوم (نا₂S₂O₃.5H₂يذوب في الماء ، ويطلق عليه عادة هيبو ، ويحدث تأثير تبريد.

محركات السيارات

حرق البنزين أو الديزل في محركات السيارات والشاحنات والجرارات أو الحافلات ينتج طاقة ميكانيكية ، والتي تستخدم في تداول هذه المركبات.

سوائل الغليان

عن طريق وضع السائل في الحرارة ، فإنه يكسب الطاقة ويذهب إلى حالة غازية.

طبخ بيضة

عند تطبيق الحرارة ، يتم تغيير طبيعة بروتينات البيض لتشكيل البنية الصلبة التي يتم تناولها عادة.

طبخ الطعام

بشكل عام ، دائمًا عند الطهي بالحرارة لتغيير خصائص الطعام ، تحدث ردود فعل ماص للحرارة.

ردود الفعل هذه هي التي تسبب الغذاء ليصبح أكثر ليونة ، وتوليد الجماهير الطيبة ، وإطلاق المكونات التي تحتوي عليها ، من بين أمور أخرى.

تسخين الطعام في الميكروويف

بواسطة إشعاع الميكروويف ، تمتص جزيئات الماء في الطعام الطاقة ، وتبدأ بالاهتزاز وتزيد من درجة حرارة الطعام.

زجاج مقولب

إن امتصاص الحرارة بواسطة الزجاج يجعل مفاصلهم أكثر مرونة ، مما يجعل تغيير شكلها أسهل.

استهلاك شمعة

يذوب شمع الشمعة وهو يمتص حرارة اللهب ، ويغير شكله.

التنظيف بالماء الساخن

عند استخدام الماء الساخن لتنظيف الأشياء الملطخة بالشحوم ، مثل الأواني أو الملابس ، يصبح الشحم أكثر سيولة ويسهل إزالته.

التعقيم الحراري للأغذية وغيرها من الأشياء

عند تسخين الأشياء أو الطعام ، تزيد الكائنات الحية التي تحتويها أيضًا من درجة حرارتها.

عندما يتم توفير الكثير من الحرارة ، تحدث ردود الفعل داخل الخلايا الميكروبية. العديد من ردود الفعل هذه ، مثل كسر الروابط أو تغيير طبيعة البروتين ، تؤدي في النهاية إلى قتل الكائنات الحية الدقيقة.

مكافحة الالتهابات مع الحمى

عندما تظهر الحمى نفسها ، يكون ذلك لأن الجسم ينتج الحرارة اللازمة لقتل البكتيريا والفيروسات التي تسبب العدوى وتسبب الأمراض.

إذا كانت الحرارة المتولدة مرتفعة والحمى مرتفعة ، فإن خلايا الجسم تتأثر أيضًا وهناك خطر الموت.

تبخر الماء

عندما يتبخر الماء ويتحول إلى بخار ، يكون ذلك بسبب الحرارة التي تتلقاها من البيئة. نظرًا لاستقبال كل جزيء الماء للطاقة الحرارية ، تزداد طاقتها الاهتزازية إلى النقطة التي يمكن أن تتحرك فيها بحرية ، مما ينتج عنها بخار.

مراجع

1. بياض ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). الكيمياء. (الطبعة الثامنة). CENGAGE التعلم.
2. ويكيبيديا. (2018). عملية ماص للحرارة. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. Helmenstine ، آن ماري ، دكتوراه (27 ديسمبر 2018). أمثلة رد الفعل للحرارة. تم الاسترجاع من: thinkco.com
4. أكاديمية خان. (2019). ماص للحرارة مقابل ردود الفعل الطاردة للحرارة تم الاسترجاع من: khanacademy.org
5. سيرم مورمسون. (2019). ماذا يحدث على المستوى الجزيئي خلال تفاعل ماص للحرارة؟ هيرست سياتل ميديا. تم الاسترجاع من: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). حساب رد فعل enthalpy من المحتوى الحراري للتكوين. تم الاسترجاع من: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). أمثلة على رد الفعل للحرارة. تم الاسترجاع من:
   quimicas.net.