Эндотермические реакции

Первичные факторы эндотермической реакции

Мы не всегда осознаем, сколько различных химических реакций протекает в окружающей нас действительности. Среди них – эндотермические реакции. Для их проведения необходимо обеспечить достаточное количество энергии, обычно в виде тепла. Следовательно, эндотермические реакции не протекают спонтанно – они могут быть инициированы путем подачи энергии в систему.

Эндотермические реакции часто также именуют эндоэнергетическими реакциями. В ходе этих реакций изменяется энтальпия системы (энтальпия продуктов реакции имеет большее значение, чем энтальпия реагентов). Зачастую происходит снижение температуры системы. Это явление легко наблюдается, например, при изготовлении так называемых охлаждающих смесей. Это смеси определенных веществ (с соответствующим соотношением масс), которые при создании раствора поглощают энергию из окружающей среды и приводят к снижению ее температуры. Примером охлаждающей смеси является соединение воды с хлоридом аммония в соотношении 10:3.

Эндотермическая и экзотермическая реакции

Эндотермические и экзотермические реакции (эндоэнергетические и экзоэнергетические соответственно) – это два типа реакций, при которых изменяется энергия системы. В отличие от эндотермических процессов, во время экзотермических реакций энергия выделяется из системы в виде тепла. Экзотермические реакции могут протекать самопроизвольно. Для них характерно уменьшение энтальпии за счет отдачи тепла в окружающую среду. Классический пример экзотермической реакции — сжигание, например, газа в газовой плите или использование экзотермического процесса в небольших гелевых нагревателях.

Эндотермическая реакция – примеры

Фотосинтез

Фотосинтез – отличный пример эндотермической реакции в нашей повседневной жизни. Это одно из самых важных биохимических преобразований на Земле. Этот процесс обеспечивается кислородом, а также органическими соединениями, являющимися источником энергии для животных и человека. Проще говоря, фотосинтез – это процесс, при котором вода и углекислый газ превращаются в кислород, а также в глюкозу. Данная реакция протекает при участии энергии в виде света. Световая энергия подается в реакционную систему, что является элементом, характерным для эндотермической реакции. Без поступления солнечной энергии фотосинтез невозможен.

Таяние льда

Таяние льда, то есть переход молекул воды из твердого состояния (лед) в жидкое (вода), является примером фазового перехода. Ввиду энергетического эффекта оно является эндотермическим переходом, то есть происходящим с поглощением энергии из окружающей среды. Энергия извне (в данном случае температура выше 0ᵒC) необходима для инициирования явления таяния.

Сублимация твердого диоксида углерода

Сублимация, как и таяние, представляет собой фазовый переход. При сублимации наблюдается переход вещества из твердого состояния непосредственно в парообразное (минуя жидкую фазу). Сублимация твердого диоксида углерода (в народе именуемого «сухим льдом») происходит по механизму эндоэнергетического перехода. При сублимации сухого льда, т.е. переходе его непосредственно в газообразный диоксид углерода, поглощается большое количество энергии из окружающей среды.

Выпечка

Изготовление домашней выпечки может стать отличной возможностью понаблюдать за протекающей там эндотермической реакцией. Один из ингредиентов типичного пирога, то есть разрыхлитель, состоит, среди прочего, из бикарбоната аммония. Ставя пирог в духовку, мы обеспечиваем его теплом. Под его воздействием бикарбонат кальция начинает разлагаться на газообразные компоненты, разрыхляя таким образом наш пирог. В ходе данной изменение энтальпии положительно, а значит – это эндотермический переход.

Эндотермические реакции в промышленных процессах

Получение водорода

Водород часто называют топливом будущего. В этом есть большая доля правды. В настоящее время в промышленных масштабах его получают путем паровой конверсии метана. Паровая конверсия метана заключается во взаимодействии этого сырья с водяным паром. Это сильно эндотермическая реакция, протекающая при высоких температурах в пределах 650 — 900°С В результате этого процесса получается смесь монооксида углерода и водорода, именуемая синтез-газом. Из него можно извлечь водород, используя процесс PSA (анг. Pressure Swing Adsorption), т. е. адсорбцию при переменном давлении.

Производство негашеной извести

В промышленности негашеную известь, т.е. оксид кальция (II), получают при обжиге известняков (карбонатов кальция). Это обратимая эндотермическая реакция. В результате обжига (термической диссоциации) известняка в шахтных печах получается не только негашеная известь, но и диоксид углерода. Оба продукта используются, среди прочего, на содовых заводах. Диоксид углерода необходим при процессе карбонизации соляного раствора, в то время как негашеная известь используется для производства гидроксида кальция, который затем применяется для очистки соляного раствора.