Jednym z kryteriów podziału reakcji chemicznych, jest podział ze względu na efekt energetyczny. W związku tym wyróżnić można między innymi reakcje energetyczne, do przebiegu których konieczne jest dostarczenie energii – reakcje endoenergetyczne. Znajomość mechanizmu przebiegu takich reakcji, pozwala nie tylko lepiej rozumieć otaczającą nas rzeczywistość, ale także usprawniać i rozwijać szereg różnorodnych dziedzin.
Reakcja endotermiczna rozłożona na czynniki pierwsze
Nie zawsze zdajemy sobie sprawę z tego, jak wiele jest różnorodnych reakcji chemicznych w otaczającej nas rzeczywistości. Wśród nich, część to reakcje endotermiczne. Do ich przeprowadzenia konieczne jest dostarczenie odpowiedniej ilości energii, najczęściej na sposób ciepła. W związku z tym, reakcje endotermiczne nie przebiegają samorzutnie – można je zapoczątkować doprowadzając do układu energie.
Reakcje endotermiczne często są nazywane także reakcjami endoenergetycznymi. W ich trakcie zmienia się entalpia układu (finalnie entalpia produktów reakcji ma większą wartość niż entalpia substratów). Często dochodzi do obniżenia temperatury układu. Łatwo zjawisko to można zaobserwować np. wykonując tzw. mieszaniny oziębiające. Są to mieszaniny określonych substancji (z zachowaniem właściwego stosunku masowego), które tworząc roztwór pochłaniają energie z otoczenia i powodują spadek jego temperatury. Przykładem mieszaniny oziębiającej jest połączenie wody wraz z chlorkiem amonu w stosunku 10:3.
Reakcja endotermiczna, a reakcja egzotermiczna
Reakcje endotermiczne oraz reakcje egzotermiczne (odpowiednio endoenergetyczne i egzoenergetyczne) to dwa typy reakcji, w których następuje zmiana energii układu. W przeciwieństwie do procesów endotermicznych, podczas reakcji egzotermicznych następuje uwolnienie energii z układu na sposób ciepła. Reakcje egzotermiczne mogą zachodzić spontanicznie. Charakteryzują się spadkiem entalpi na skutek utraty ciepła do otoczenia. Klasycznym przykładem reakcji egzotermicznej jest spalanie, np. gazu w kuchence gazowej, lub wykorzystanie procesu egzotermicznego w niewielkich, żelowych ogrzewaczach.
Reakcja endotermiczna – przykłady
Fotosynteza
Fotosynteza jest doskonałym przykładem reakcji endotermicznej w naszym codziennym życiu. Należy ona do najważniejszych przemian biochemicznych na Ziemi. Proces ten zapewnia tlen, a także związki organiczne, które stanowią źródło energii dla zwierząt i człowieka. W dużym uproszeniu fotosynteza jest procesem, podczas którego woda oraz dwutlenek węgla są przekształcane w tlen, a także glukozę. Reakcja ta zachodzi przy współudziale energii w postaci światła. Energia świetlna jest dostarczana do układu reakcyjnego, co stanowi element charakterystyczny dla reakcji endotermicznej. Bez dostarczenia energii ze słońca, fotosynteza nie może być przeprowadzona.
Topnienie lodu
Topnienie lodu, czyli przechodzenie cząsteczek wody ze stanu stałego (lód) do stanu ciekłego (ciekła woda), jest przykładem przemiany fazowej. Ze względu na efekt energetyczny jest to przemiana endotermiczna, czyli zachodząca z pobraniem energii z otoczenia. Energia z zewnątrz (w tym przypadku temperatura powyżej 0ᵒC) jest niezbędna do zapoczątkowania zjawiska topnienia.
Sublimacja stałego dwutlenku węgla
Sublimacja, podobnie jak topnienie to przemiana fazowa. W przypadku sublimacji obserwuje się przechodzenie ciała stałego bezpośrednio w stan pary (z pominięciem fazy ciekłej). Sublimacja stałego dwutlenku węgla (popularnie nazywanego suchym lodem) zachodzi według mechanizmu przemiany endoenergetycznej. W trakcie sublimacji suchego lodu, czyli jego przechodzenia bezpośrednio do gazowego dwutlenku węgla, pochłaniana jest duża ilość energii z otoczenia.
Pieczenie ciasta
Produkcja domowych wypieków może być doskonałą okazją do obserwacji zachodzącej tam reakcji endotermicznej. Mianowicie jeden ze składników typowego ciasta, czyli proszek do pieczenia, składa się między innymi z wodorowęglanu amonu. Wkładając ciasto do piekarnika, dostarczamy mu ciepła. Pod jego wpływem wodorowęglan wapnia zaczyna rozkładać się na składniki gazowe i tym samym spulchniać nasz wypiek. W trakcie takiej rekcji zmiana entalpii jest dodatnia, zatem jest to przemiana endotermiczna.
Reakcje endotermiczne w procesach przemysłowych
Otrzymywanie wodoru
O wodorze często mówi się jako o paliwie przyszłości. Dużo w tym prawdy. Obecnie na skale przemysłową, otrzymuje się go w wyniku reformingu parowego metanu. Reforming parowy metanu polega na poddaniu tego surowca reakcji z parą wodną. Jest to reakcja silnie endotermiczna, zachodzi w wysokich temperaturach rzędu 650 – 900ᵒC. W wyniku tego procesu otrzymuje się mieszaninę wodoru oraz tlenku węgla, nazywaną gazem syntezowym. Z niego można wyodrębnić wodór, stosując proces PSA (ang. Pressure Swing Adsorption), czyli adsorpcję zmiennociśnieniową.