Эндотермическая реакция - удивительное явление в химии, когда вещества вбирают в себя энергию из окружающей среды. Чтобы понять, что представляет собой эндотермический процесс, давайте разберем его определение и отличительные черты.
Определение эндотермической реакции
Эндотермическая реакция - это химическая реакция, которая протекает с поглощением энергии из окружающей среды. В ходе такой реакции энтальпия системы увеличивается, то есть ∆Н > 0.
Основные признаки эндотермического процесса:
- Поглощение тепловой энергии из окружающей среды
- Понижение температуры реакционной смеси и окружающей среды
- Увеличение энтальпии системы после реакции по сравнению с исходными реагентами
В отличие от эндотермической, экзотермическая реакция протекает с выделением энергии. Рассмотрим сравнение этих двух видов реакций:
| Критерий | Эндотермическая реакция | Экзотермическая реакция |
| Тепловой эффект | Поглощение теплоты | Выделение теплоты |
| Изменение энтальпии ∆Н | ∆Н > 0 | ∆Н < 0 |
| Температура | Понижается | Повышается |
Классическими примерами эндотермических реакций являются: таяние льда, испарение воды, фотосинтез растений.
Механизм протекания эндотермической реакции
Чтобы понять суть эндотермического процесса, давайте разберем, что происходит на молекулярном уровне.
- Исходные вещества (реагенты) содержат определенное количество энергии в виде энтальпии.
- Чтобы началась химическая реакция, молекулы реагентов должны преодолеть энергетический барьер - энергию активации.
- Реагенты получают дополнительную энергию из окружающей среды в виде теплоты.
- Происходит превращение реагентов в продукты реакции с образованием новых химических связей.
- Энтальпия продуктов реакции оказывается выше, чем у исходных реагентов.
Таким образом, в ходе эндотермической реакции система поглощает энергию, что приводит к понижению температуры и росту энтальпии.
Для протекания такого процесса обязательно должен быть источник энергии - например, тепло от нагревателя. В противном случае эндотермическая реакция самопроизвольно протекать не будет.
Эндотермические реакции в природе и технике
Эндотермической является реакция фотосинтеза, протекающая в зеленых растениях и водорослях.
При фотосинтезе растения поглощают световую энергию от Солнца и превращают ее в энергию химических связей глюкозы. Этот процесс жизненно необходим для поддержания кислородного баланса на планете.
В промышленности широко используется эндотермическая реакция паровой конверсии метана. Она применяется для производства водорода и оксида углерода(II):
CH4 + H2O → CO + 3H2
Реакция протекает при температуре около 700°С с большим поглощением тепла. Полученная водородно-углеродная смесь используется в химической промышленности.
Другим важным эндотермическим процессом является получение негашеной извести для производства стройматериалов:
CaCO3 → CaO + CO2
Известняк нагревают до температуры около 1000°C, чтобы разложить его с поглощением тепла на оксид кальция и углекислый газ.
Эндотермические реакции в быту
Эндотермические процессы происходят не только в природе и промышленности. Мы сталкиваемся с ними и в повседневной жизни.
Одним из распространенных примеров эндотермической реакции это таяние льда. При плавлении кристаллической решетки воды происходит поглощение теплоты из окружающей среды, и температура понижается.
Тесто для выпечки разрыхляется благодаря разложению разрыхлителя - также эндотермической является реакция:
NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
При нагревании в духовке бикарбонат натрия распадается с поглощением теплоты, выделяя углекислый газ.
Эндотермия в холодильнике
Принцип действия бытового холодильника тоже основан на эндотермическом процессе.
Хладагент, циркулируя по трубкам холодильника, последовательно испаряется и конденсируется. При испарении происходит поглощение тепла из охлаждаемого объема, что и обеспечивает его охлаждение.
Эксперименты с сухим льдом
Сухой лед представляет собой твердый диоксид углерода. Его можно использовать для различных опытов, демонстрирующих экзо и эндотермические реакции.
Например, если положить кусочек сухого льда в воду, начнется его активное испарение - эндотермический процесс, который охлаждает воду и окружающий воздух.
А если поджечь струю газа над куском сухого льда, возникнет яркое пламя - результат экзотермической реакции горения, выделяющей тепло.
Практическое применение знаний об эндотермии
Изучение эндотермических реакций важно как для развития науки, так и для практических нужд.
Зная механизм эндотермических процессов, ученые могут оптимизировать промышленные технологии - например, экономить энергию.
А в быту эти знания помогут эффективно использовать химические вещества - к примеру, правильно применять разрыхлитель при выпечке.
