11 Παραδείγματα εξώθερμης αντίδρασης: Λεπτομερείς επεξηγήσεις

Σε αυτό το άρθρο, συζητούνται εν συντομία «παραδείγματα εξώθερμων αντιδράσεων», διαφορετικοί τύποι παραδειγμάτων και ορισμένα αριθμητικά προβλήματα με λύσεις εξώθερμης αντίδρασης.

Τα παραδείγματα είναι -

1. Αντίδραση Καύσης
2. Αντίδραση εξουδετέρωσης
3. Αντίδραση διάβρωσης
4. Κρυστάλλωση οξικού νατρίου ή «καυτού πάγου»
5. Κατασκευή ενός κύβου πάγου
6. Πυρηνική σχάση ουρανίου (U-235)
7. Αναπνοή
8. Σχηματισμός ζευγών ιόντων
9. Αντίδραση νερού και χλωριούχου ασβεστίου
10. Αντίδραση Θερμίτη
11. Αποσύνθεση λαχανικών σε κομπόστ
12. Διάλυμα Θειικού Οξέος και Νερού

Τι είναι η Εξώθερμη Αντίδραση;

Εξώθερμη αντίδραση ορίζεται στη θερμοδυναμική ως ένας τύπος αντίδρασης στην οποία η ενέργεια απελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας (μερικές φορές με τη μορφή φωτός, ήχου ή ηλεκτρικής ενέργειας) από το σύστημα στο περιβάλλον.

Για μια εξώθερμη αντίδραση η αλλαγή της ενθαλπίας (ΔΗ) είναι αρνητική (μικρότερη από το μηδέν).

Για να μάθετε περισσότερα, ακολουθήστε: N2 πολικά ή μη: Γιατί, Πώς, Χαρακτηριστικά και Λεπτομερή Γεγονότα

Αντίδραση Καύσης

Η αντίδραση καύσης είναι ένα πολύ γνωστό παράδειγμα εξώθερμης αντίδρασης υψηλής θερμοκρασίας. Η καύση είναι βασικά μια οξειδοαναγωγική χημική αντίδραση στην οποία οποιαδήποτε Η ένωση οξειδώνεται παρουσία ατμοσφαιρικού οξυγόνου και τις περισσότερες φορές λαμβάνονται οξειδωμένα αέρια προϊόντα.

Η ισορροπημένη εξίσωση καύσης μεθανίου γράφεται παρακάτω-

CH₄ + 2Ο₂ = CO₂ + 2Η₂O

Αντίδραση εξουδετέρωσης

Η αντίδραση εξουδετέρωσης είναι ένας τύπος αντίδρασης στην οποία το οξύ εξουδετερώνεται προσθέτοντας στάγδην βάση. Έτσι, αυτός είναι ένας τύπος τιτλοδότησης. Μετά την εξουδετέρωση, δεν υπάρχει περίσσεια H⁺ ή OH^- ιόν παραμένουν χωρίς αντίδραση στο μέσο αντίδρασης.  

Για ένα αντίδραση εξουδετέρωσης, η μεταβολή της ενθαλπίας (ΔΗ) είναι πάντα αρνητική.

HCl+ NaOH = NaCl+ H₂O

Για να μάθετε περισσότερα, περάστε από: Είναι το HBr ιοντικό ή ομοιοπολικό: Γιατί; Πώς, Χαρακτηριστικά και Αναλυτικά Γεγονότα

Αντίδραση διάβρωσης

Η διάβρωση είναι ένας τύπος αντίδραση οξείδωσης στην οποία ένα αέριο που περιέχει οξυγόνο (αέρας) επιτίθεται στην επιφάνεια ενός μετάλλου για να σχηματίσει ένα οξείδιο.

Η σκουριά του σιδήρου είναι ένας τύπος αντίδρασης διάβρωσης επειδή κατά τη διάρκεια της σκουριάς το μέταλλο σιδήρου οξειδώνεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε κανονική θερμοκρασία παρουσία υγρασίας.

4Fe + 3O₂ +2xΥ₂O = 2Fe₂O₃.χΗ₂O

Κρυστάλλωση οξικού νατρίου ή «καυτού πάγου»

Το στερεό τριένυδρο οξικό νάτριο θερμαίνεται πάνω από 330 K και τα τρία κρυσταλλικά μόρια νερού εξαλείφονται και ο άνυδρος κρύσταλλος διαλύεται στο νερό.  Ο κρύσταλλος διαλύεται πλήρως στους 352Κ. Η θερμότητα της ενυδάτωσης του τριένυδρου οξικού νατρίου (ΔΗ_υδ) είναι πάνω από 40 kcal/mol, μια ενδόθερμη διαδικασία. Έτσι, η αντίστροφη διαδικασία, η κρυστάλλωση είναι μια εξώθερμη διαδικασία.

Κατασκευή ενός κύβου πάγου

Ο σχηματισμός πάγου από το νερό είναι ένα παράδειγμα αλλαγής φάσης αντίδραση. Κατά τη διάρκεια αυτής της αλλαγής φάσης κάποια ποσότητα ενέργειας με τη μορφή θερμότητας απελευθερώνεται στο περιβάλλον. Το νερό παγώνει κάτω από 273 K και χάνει κάποια ποσότητα ενέργειας με τη μορφή θερμότητας στο περιβάλλον για να σχηματίσει πάγο. Εάν το νερό στους 273Κ παγώσει και σχηματίσει πάγο στην ίδια θερμοκρασία, τότε η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται είναι ίση με τη λανθάνουσα θερμότητα (80cal/g).

Για να μάθετε περισσότερα, ακολουθήστε: Peptide Bond vs Disulfide Bond: Comparative Analysis and Facts

Πυρηνική σχάση ουρανίου (U-235)

Η πυρηνική σχάση παράγει μεγάλη ποσότητα ενέργειας καθώς στην πυρηνική σχάση η μάζα μετατρέπεται σε ενέργεια σύμφωνα με αυτόν τον νόμο ΔE= Δm×c². Στην αντίδραση σχάσης γίνεται διάσπαση του πυρήνα οποιουδήποτε ατόμου σε δύο μικρά συστατικά άτομα προσβάλλοντας ένα νετρόνιο (0n1). Είναι επίσης ένα παράδειγμα αλυσίδας αντίδραση καθώς σε κάθε βήμα της πυρηνικής σχάσης δημιουργείται νετρόνιο και αυτό το νετρόνιο που δημιουργεί πρόσφατα μπορεί να επιτεθεί σε έναν άλλο πυρήνα ουρανίου.

Αναπνοή

Αερόβια και αναερόβια αναπνοή εμφανίζεται στα μιτοχόνδρια ενός κυττάρου και παράγει θερμική ενέργεια για να βοηθήσει σε διαφορετικές βιολογικές δραστηριότητες σε ζωντανό οργανισμό. Έτσι, στη λίστα των εξώθερμων παράδειγμα αντίδρασης πρέπει να περιλαμβάνεται η αναπνοή. 38 απελευθερώσεις ATP και 2 ATP ανά μόριο γλυκόζης για αερόβια και αναερόβια αναπνοή αντίστοιχα. Για την αερόβια αναπνοή, σχεδόν 3000 KJ/mol απελευθερώνεται ενέργεια όταν η γλυκόζη (τρόφιμα) οξειδώνεται από το οξυγόνο.

C₆H₁₂O₆ + 6Ο₂ = 6CΟ₂ + 6Η₂O+ Ενέργεια

Σχηματισμός ζευγών ιόντων

Ο σχηματισμός ζευγών ιόντων ή σύνδεση ιόντων ορίζεται ως όταν δύο ιόντα με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο έρχονται σε επαφή μεταξύ τους σε ένα διάλυμα και σχηματίζουν μια ξεχωριστή χημική οντότητα. Αυτά τα θετικά και αρνητικά φορτισμένα δύο ιόντα έρχονται σε επαφή λόγω της ηλεκτροστατικής δύναμης έλξης μεταξύ τους. Κατά τον σχηματισμό αυτής της διακριτής ιοντικής οντότητας, μια ποσότητα απελευθέρωσης ενέργειας και ΔΗ γίνεται αρνητική.

Για να μάθετε περισσότερα, ελέγξτε: Σχηματισμός πεπτιδικού δεσμού: Πώς, γιατί, πού, εξαντλητικά στοιχεία γύρω από αυτόν

Αντίδραση νερού και χλωριούχου ασβεστίου

Η ανάμειξη χλωριούχου ασβεστίου (CaCl2) με νερό έχει ως αποτέλεσμα τεράστια ποσότητα ενέργειας και συνεπώς παράδειγμα χημικής εξώθερμης αντίδρασης. Υδροχλωρικός οξύ και οξείδιο του ασβεστίου λαμβάνονται ως προϊόν.

CaCl₂ + Η₂O = Ca(OH)₂ + HCl

Αντίδραση Θερμίτη

Αντίδραση του οξείδιο του σιδήρου με το αλουμίνιο ονομάζεται αντίδραση θερμίτη και το μείγμα αυτών των δύο ενώσεων είναι γνωστό ως θερμίτης. Αυτά τα δύο αντιδρώντα πρέπει να είναι σε μορφή σκόνης. Αυτή η αντίδραση γενικά απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας με οξείδιο του αργιλίου, στοιχειακό σίδηρο και φως.

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃

Αποσύνθεση λαχανικών σε κομπόστ

Αυτή η αποσύνθεση πραγματοποιείται από μικρόβια και απαιτεί μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας για τη διάσπαση των χημικών δεσμών που υπάρχουν σε αυτά τα λαχανικά. Αυτή η αντίδραση προχωρά επίσης μέσω εξώθερμης οδού.

Διάλυμα Θειικού Οξέος και Νερού

Το θειικό οξύ αντιδρά με το νερό αμέσως και είναι μια υψηλή εξώθερμη αντίδραση. Γι' αυτό δεν χύνεται νερό στο ποτήρι ζέσεως συμπυκνωμένο θειικό οξύ, αντίθετα θειικό οξύ προστίθεται αργά στο νερό. Μετά την προσθήκη νερού στο οξύ, θα αρχίσει να βράζει και η θερμοκρασία θα φτάσει σε πολύ υψηλή τιμή σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Διαφορετικά αριθμητικά προβλήματα στην εξώθερμη αντίδραση συζητούνται παρακάτω-

1. Εξετάστε την αντίδραση σχηματισμού νερού. 2Η₂ (ζ) + Ο₂ (g) = 2Η₂O (g). Η ενέργεια διάστασης δεσμού του δεσμού HH του δεσμού O=O και του δεσμού ΟΗ είναι 105 kcal/mol και 119 kcal/mol 110 kcal/mol αντίστοιχα. Υπολογίστε την ποσότητα ενέργειας που απορροφήθηκε και απελευθερώθηκε και δηλώστε την ως εξώθερμη ή ενδόθερμη αντίδραση.

Απάντηση: Η ισορροπημένη εξίσωση σχηματισμού νερού είναι-

2H₂ (ζ) + Ο₂ (g) = 2Η₂O (g).

Στην πλευρά του αντιδρώντος, συνολική ενέργεια που κατέχουν τα αντιδρώντα =2 (δεσμός HH) + 1 (δεσμός O=O) = {(2 ×105) + 119} kcal/mol = 329 kcal/mol

Στην πλευρά του προϊόντος η συνολική ενέργεια που κατέχει το μόριο του νερού = 4 (δεσμός ΟΗ)

= (4×110) kcal/mol = 440 kcal/mol Αλλαγή ενθαλπίας (ΔH) = θραύση δεσμού ενθαλπία – ενθαλπία σχηματισμού δεσμού = (329-440) kcal/mol. = -111 kcal/mol

Έτσι είναι μια εξώθερμη αντίδραση (αρνητική αλλαγή ενθαλπίας).

2. Υπολογίστε την ενέργεια που απελευθερώνεται στην ακόλουθη αντίδραση πυρηνικής σχάσης- ²³⁸U = ⁹⁵Sr + ¹⁴⁰ Xe + 3n.

Η ατομική μάζα του ²³⁸U= 238.050784 amu, ⁹⁵Sr = 94.919388 amu, ¹⁴⁰Xe = 139.921610 amu και μάζα νετρονίου (₀n¹) = 1.008665 αμυγ.

Απάντηση: Μάζα των προϊόντων = {94.919388 + 139.921610 + (3×1.008665)} amu = 237.866993 amu. Μάζα του αντιδρώντος = 238.050784 amu Ελάττωμα μάζας = (238.050784 – 237.866993) amu = 0.183791 amu. Ενέργεια που εκλύεται λόγω ελαττώματος μάζας = Δm×c² = 171.20 MeV.

3. Υπολογίστε το del H για την αντίδραση- 2NO₂ (ζ) = Ν₂ (ζ) + 2Ο₂ (Ζ)

Οι μεταβολές της ενθαλπίας για την αντίδραση που δίνεται παρακάτω-

2NO (g) = N₂ (ζ) + Ο₂ (ζ) ΔΗ = -180.5 KJ ΟΧΙ₂ (ζ) = ΟΧΙ (g) + (1/2) Ο₂ ΔΗ = 57.06 KJ

Απάντηση: 2ΟΧΙ (g) = N₂ (ζ) + Ο₂ (ζ) (2^nd αντίδραση× 2) ΟΧΙ₂ (ζ) = ΟΧΙ (g) + (1/2) Ο₂

Η εξίσωση που προκύπτει θα είναι = 2NO₂ (ζ) = Ν₂ (ζ) + 2Ο₂ (ζ) Έτσι, η μεταβολή της ενθαλπίας αυτής της αντίδρασης είναι (ΔΗ) = {-180.5 + (2×57.06)} KJ = -66.38 KJ.

Συχνές Ερωτήσεις (FAQ)

Πώς μπορεί να αυξηθεί ο ρυθμός μιας εξώθερμης αντίδρασης;

Απάντηση: Η εξώθερμη ή ενδόθερμη αντίδραση εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Εάν η θερμοκρασία του μέσου αντίδρασης αυξηθεί, τότε η έκταση της εξώθερμης αντίδρασης θα αυξηθεί.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ μιας εξώθερμης και μιας ενδόθερμης αντίδρασης;

Ποια είναι η αλλαγή της εντροπίας για μια εξώθερμη αντίδραση;

 Απάντηση: Για μια εξώθερμη αντίδραση η εντροπία του περιβάλλοντος πάντα αυξάνεται καθώς απελευθερώνεται ενέργεια από σύστημα σε περιβάλλον.