Reakcja endotermiczna

W termodynamice reakcje endotermiczne nazywane są procesami fizycznymi lub chemicznymi, które zużywają ciepło . Ciepło jest nieuporządkowaną formą energii . W endotermicznej reakcji chemicznej energia wydzielana przez tworzenie wiązań chemicznych w produktach reakcji jest mniejsza niż energia wymagana do zerwania wiązań w reagentach .

Lista zjawisk endotermicznych

Przemiany fazowe (stan skupienia) (para, ciało stałe, ciecz);
- Przejścia od cieczy do gazu ( parowanie ): na jednostkę masy całe ciepło niezbędne do zmiany stanu przy danym ciśnieniu nazywane jest masowym ciepłem utajonym parowania ;
- Przejścia ze stanu stałego do ciekłego ( fuzja ): na jednostkę masy całość ciepła niezbędnego do zmiany stanu przy danym ciśnieniu nazywana jest masowym utajonym ciepłem topnienia ;
- Przejścia od ciała stałego do gazu ( sublimacja );
Relaksacja gazów
Niektóre roztwory substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku;
Desorpcja gazu;
Niektóre reakcje rozkładu chemicznego ;

Ilustracje wyżej wymienionych zjawisk endotermicznych

Ekspansja gazu:
- Zamrażanie gaźników silników LPG , benzynowych i nafty w samolotach. Zjawisko to wiąże się z podwójnie zlokalizowaną endotermą: częściowym parowaniem paliwa i rozszerzeniem w kolektorze dolotowym powietrza do spalania , związaną ze spadkiem ciśnienia , głównie z filtracją (zwłaszcza gdy filtr jest zapylony, także gdy jest zimno, również na wysokości poprzez obniżenie ciśnienia pary nasyconej w paliwie) (jest to mniej powszechne w przypadku turbosprężarki ) (producenci często instalują podgrzewacze z termostatem na nóżkach gaźnika) .
- Regulatory zamrażania : te dla skroplonego gazu ropopochodnego ( propan , butan itp.), Te dla nurków podwodnych w strefach polarnych itp.
Odparowanie :
- Etapy diagramów fazowych , które dotyczą wszystkich substancji czystych, quasi-czystych, a także stopów. Najbardziej powszechnym przykładem takich łożysk jest to, że w 100 ° C , z izotermą na gotowanie w wodzie przy ciśnieniu atmosferycznym . Rzeczywiście, pomimo ciągłego dopływu ciepła, temperatura podgrzanej wody pozostaje stabilna. Wynika to z endotermicznej natury jego stopniowego parowania.
- Te poziomy termiczne są na przykład podstawą najprostszego, najbardziej praktycznego i wydajnego gotowania, gotowania w bulionach . Ta praktyczność izotermy 100 ° C to podstawa rustykalnego gotowania w kuchni.
- Kolejny mały przykład gotowania wody, bardziej skomplikowany i stosowany w procesach, znanych większości około 1960 r. , Szybkowarów ze względu na ich bardzo praktyczny poziom 120 ° C (średnia z tych urządzeń) . Są idealnymi urządzeniami np. Do: sterylizacji parowej , pasteryzacji , butelkowania dań gotowych itp.
- Gotowanie potraw w piekarniku: powodują duże parowanie (stąd efekty endotermiczne ograniczające przenikanie ciepła gotowania do rdzenia) , tu też obowiązuje zasada quasi-proporcjonalności czasu gotowania do masy gotowanej żywności (kompensacja za energia utracona w wyniku parowania) .
- Chłód wiatru : endoterma bardzo wzmocniona, przyspieszana przez prędkość wiatru (ta prędkość i jej przewidywanie są niezbędne np. W meteorologii dla alpinisty) . Zasada tej endotermii jest wykorzystywana w działaniu psychrometru , urządzenia mierzącego wilgotność . Prędkość strefy wilgotnej w powietrzu umożliwia uzyskanie różnicy temperatur, z której wywnioskowana jest wilgotność w tym powietrzu.
- Fizjologiczne chłodzenie niezbędne podczas wysiłku (wiatr i masa) generowane naturalnie i automatycznie przez pocenie się . Istnieje prawdziwa termoregulacja ciała poprzez parowanie: pot . Jest bardzo skuteczny, gdy osoba nie jest przykryta, z wyjątkiem ciężkich warunków pogodowych (bardzo wysoka wilgotność ) . Gdy osoba jest przykryta, przy bezpośrednim kontakcie z ciałem nie dochodzi do parowania. Wydajność pocenia spada, powodując kapanie potu z niewielką wydajnością cieplną dla organizmu.
- Bardzo brutalne chłodzenie, stosowane w hutnictwie do hartowania wodą, olejem (czasami stosuje się strumień powietrza).
- Chłodzenie narzędzi obróbczych ( tokarka , frezarka , szlifierka , wiertło , kamienie itp.): W istocie „oleje do obróbki skrawaniem” to wodne emulsje : woda / tłuszcz, trochę jak mydło w płynie.
- Chłodzenie butelki letniej wody, gdy jest w bezpośrednim świetle słonecznym, jeśli jest przykryta wilgotną szmatką.
- Znane, złożone, pozornie sprzeczne, ale bardzo zauważalne chłodzenie obserwowane przy wchodzeniu z bardzo zimnej zewnętrznej strony w mokrych butach lub rękawiczkach, a nawet gorzej, gdy jest zamarznięte. Bardziej wrażliwe, gdy pomieszczenie jest gorące i suche.
- Podobnie, i wzmacniany w samochodzie z wymuszonym powietrzem na butach, z powodu prędkości tego powietrza, przez efekt chłodzenia powietrznego. Temperatura obudowy termicznej tych butów (wewnątrz) jest wtedy nagle obniżona (i nie wysoka (przed przywróceniem znacznie później)). W rzeczywistości, zmiana fazy podwójnej grubości klocka (topnienia i parowania) i na obwodzie, powodują bardzo gwałtowny i bolesną schłodzeniu do 0 ° C . Temperatura, która zmienia się bardzo wolno. Często trzeba się zastanowić nad rozwiązaniami, to zjawisko jest tak bolesne: zdejmowanie starych butów, zawijanie stóp w suchy ręcznik, zmiana skarpet i butów, w górach zapasowe włóż do izolowanej torby z grzejnikiem .
- Podobnie jest w przypadku doniczek z terakoty . Oczywiście używamy ich do tymczasowej ochrony rośliny przed mrozem w ogrodzie. Pomysł jest zły, roślina prawie za każdym razem umiera. Wewnętrzne zimno jest bardzo intensywne i jeszcze gorsze na początku wschodu słońca. W rzeczywistości odparowanie wilgoci, skoncentrowanej w tym porowatym materiale, powoduje efekt osłony termicznej, który koncentruje frygorie.
- Ponownie załóż mokre ubranie po deszczu, wystawiając się na wiatr lub słońce; lub oba w tym samym czasie.
- Pełne Koszulki (które były aż do połowy XX th wieku średnia) jako burkinis są doskonałe na przeziębienia. Rozwiązaniem dla tych, którzy nie potrafią włożyć do kąpieli niczego innego niż „pełne (przykrycie)” jest pianka izotermiczna .
Fuzja :
- Etapy diagramów fazowych : najczęściej występuje woda o temperaturze 0 ° C , której średnia masa wody pozostaje bliska tej izotermie, dopóki masa całkowita nie osiągnie stanu stałego (zamrożona w lodzie) ; Temperatura utrzymuje się pomimo zewnątrz zimno: Przykład jezior morze -1.9 ° C przez zasolenie z 35 g / l . Przykład zaparkowanych samochodów, które nie zostały odśnieżone, a zatem pozostają izotermiczne.
- Topniejący śnieg na gorącej przedniej szybie (szczególnie przy obfitych opadach mokrego śniegu) . W takich przypadkach powierzchnia styku jest znacznie zwiększona. Płatki, które następnie reagują „efektem gąbki”, zatrzymują fazę ciekłą w płatkach. I odwrotnie, powierzchnia kryształu jest znacznie mniejsza. Powoduje to duży przepływ chłodzący przez przednią szybę, napędzany przez endotermię topienia się. Dowodem w tym konkretnym przypadku jest to, że mgiełka znajdująca się wewnątrz jest bardzo trudna do usunięcia przez wentylację na gorąco. Kanadyjczykom nie wolno jeździć z warstwą starego śniegu na swoim samochodzie. Przepisy nakładają na nich obowiązek czyszczenia zapobiegawczego przed rozpoczęciem, pod groźbą kary grzywny.
- Topniejący lód i śnieg na drogach zimą, zwłaszcza gdy jest to spowodowane soleniem . Solenie znacznie obniża temperaturę topnienia lodu (mieszaniny eutektycznej ), ale także zwiększa powierzchnie wymiany. Z tego powodu tych operacji solenia należy unikać wieczorem, nocne chłodzenie może wzmocnić ponowne zamrażanie. Wyługowana droga i usunięta z niej sól mogłaby następnie ponownie zamarznąć, na przykład poprzez wychwytywanie pary wodnej, reformowanie lodu ( zwanego czarnym ).
- Rozmrażanie zamarzniętych rur jest bardzo problematyczne. W niektórych bardzo powszechnych przypadkach prawdziwy ból głowy, gdy są wykonane z tworzywa sztucznego PVC , PE lub PER , a także gdy są pokryte powłoką lub osadzone. Podobnie, jeśli chodzi o zawory, kurki, zawory zwrotne, które mają delikatne uszczelki. W rzeczywistości rozchodzenie się ciepła niezbędnego do rozmrażania może być również hamowane przez bardzo ograniczone przewodnictwo cieplne . Efekt zamknięcia ma również przeciwdziałać odwilży.
Kontrprzykład, który występuje w niskiej temperaturze, trudny do analizy:
- Wiosenna ochrona drzew owocowych przez profesjonalne zraszanie. Rzeczywiście, mróz kwiatów eliminuje roczne zbiory w ciągu kilku sekund. Specjaliści ostrożnie i automatycznie zwalczają te zagrożenia, podlewając na początku okresu wegetacji i kwitnienia, w okresach mrozów . Często te bardzo krótkie sekwencje zamrażania o świcie mają dość niskie zużycie wody. Przedmuchiwanie tryskaczy automatycznych ogranicza ryzyko uszkodzenia sprzętu na skutek mrozu. Te bezpośrednie zestalanie się wody na gałęziach powoduje wchłanianie otaczających frygorii i utrzymuje temperaturę na poziomie izotermy zlodowacenia, 0 ° C , w sercu tych lodowatych. Fazę rozruchu można przeprowadzić tylko przed przejściem do 0 ° C , ponieważ natryskiwanie najpierw wywołuje spadek temperatury, szczególnie przy suchej i wietrznej pogodzie (duże początkowe parowanie podczas wzrostu wilgotności powietrza). Technika ta wymaga rozproszonego i bardzo niezawodnego oprzyrządowania, jak w sztucznej niwologii, sztucznym śniegu .

Endotermiczna reakcja chemiczna

Ciepło wprowadzone podczas reakcji chemicznej prowadzonej przy stałej temperaturze i ciśnieniu (bez elektrochemicznego montażu ogniwa) odpowiada zmianie funkcji stanu entalpii : ΔH. Ta różnica energii, wyrażona w kilodżulach na mol , może wynosić:

Pozytywne (endotermiczne);
Negatywny (egzotermiczny);
Brak (atermiczny).

Reakcję endotermiczną można zapisać w postaci:

Odczynniki + Energia → Produkty

Reakcja jest endotermiczna, gdy odczynniki wyjściowe mają silniejsze wiązania chemiczne niż te z utworzonych produktów: dlatego energia musi zostać pochłonięta z otoczenia, aby utworzyć nowe wiązania.

Podczas endotermicznej reakcji chemicznej reagenty muszą być stale zasilane energią, aby reakcja zaszła. Energia cieplna wykorzystywana podczas reakcji endotermicznej jest tradycyjnie uważana za pozytywną dla systemu, który ją otrzymuje.

Bibliografia

(w) " reakcja endotermiczna " Compendium of Chemical Terminologia [ " Złota Book "], IUPAC 1997, poprawione w wersji on-line (2006-), 2 th ed.
(w) " egzotermiczna reakcja " Compendium of Chemical Terminologia [ " Złota Book "], IUPAC 1997, poprawione w wersji on-line (2006-), 2 th ed.

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne