Reação endotérmica: características, equações e exemplos

Uma reação endotérmica é aquela que deve ocorrer para absorver energia, na forma de calor ou radiação, de seus arredores. Geralmente, embora nem sempre, eles podem ser reconhecidos por uma diminuição da temperatura em seu ambiente; ou, pelo contrário, eles precisam de uma fonte de calor, como a obtida por uma chama ardente.

A absorção de energia ou calor é o que todas as reações endotérmicas têm em comum; sua natureza, bem como as transformações envolvidas, são muito diversas. Quanto calor eles devem absorver? A resposta depende de sua termodinâmica: a temperatura na qual a reação ocorre espontaneamente.

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Estalactite de gelo derretendo. Fonte: Pixabay

Por exemplo, uma das reações endotérmicas mais emblemáticas é a mudança do estado do gelo para a água líquida. O gelo precisa absorver o calor até que sua temperatura atinja aproximadamente 0 ° C; a essa temperatura, sua fusão se torna espontânea e o gelo será absorvido até derreter completamente.

Em espaços quentes, como nas margens de uma praia, as temperaturas são mais altas e, portanto, o gelo absorve o calor mais rapidamente; isto é, derrete mais rapidamente. O derretimento das geleiras é um exemplo de uma reação endotérmica indesejável.

Por que isso acontece dessa maneira? Por que o gelo não pode se apresentar como um sólido quente? A resposta está na energia cinética média das moléculas de água em ambos os estados e em como elas interagem entre si através de suas ligações de hidrogênio.

Na água líquida, suas moléculas têm maior liberdade de movimento do que no gelo, onde vibram estacionárias em seus cristais. Para se mover, as moléculas devem absorver energia de modo que suas vibrações quebrem as fortes pontes direcionais de hidrogênio no gelo.

Por esse motivo, o gelo absorve o calor para derreter. Para que exista um “gelo quente”, as pontes de hidrogênio teriam que ser anormalmente fortes para derreter a uma temperatura bem acima de 0 ° C.

Características de uma reação endotérmica

A mudança de estado não é propriamente uma reação química; No entanto, acontece o mesmo: o produto (água líquida) tem mais energia que o reagente (gelo). Essa é a principal característica de uma reação ou processo endotérmico: os produtos são mais energéticos que os reagentes.

Embora isso seja verdade, isso não significa que os produtos devam ser necessariamente instáveis. No caso, a reação endotérmica deixa de ser espontânea sob qualquer condição de temperatura ou pressão.

Considere a seguinte equação química:

A + Q => B

Onde Q representa calor, geralmente expresso com as unidades de joule (J) ou calorias (limão). Como A absorve o calor Q para se tornar B, diz-se que é uma reação endotérmica. Assim, B tem mais energia que A e deve absorver energia suficiente para alcançar sua transformação.

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Diagrama de reação endotérmica para A e B. Fonte: Gabriel Bolívar

Como pode ser visto no diagrama acima, A possui menos energia que B. A quantidade de calor Q absorvida por A é tal que ativa a energia de ativação (a energia necessária para alcançar o topo púrpura com um telhado pontilhado). A diferença de energia entre A e B é o que é conhecido como entalpia da reação, ΔH.

ΔH> 0

Todas as reações endotérmicas têm em comum o diagrama anterior, pois os produtos são mais energéticos que os reagentes. Portanto, a diferença de energia entre eles, ΔH, é sempre positiva ( Produto H- Reagente H > 0). Isso é verdade, deve haver uma absorção de calor ou energia do ambiente para atender a essa necessidade de energia.

E como essas expressões são interpretadas? Em uma reação química, os vínculos são sempre quebrados para criar outros. Para quebrá-los, a absorção de energia é necessária; isto é, é um passo endotérmico. Enquanto isso, a formação de elos implica estabilidade, por isso é uma etapa exotérmica.

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Quando as ligações formadas não fornecem estabilidade comparável à quantidade de energia necessária para romper as ligações antigas, ela enfrenta uma reação endotérmica. É por isso que é necessária energia adicional para promover a quebra das ligações mais estáveis ​​dos reagentes.

Por outro lado, ocorre o contrário nas reações exotérmicas: o calor é liberado e ΔH é <1 (negativo). Aqui, os produtos são mais estáveis ​​que os reagentes, e o diagrama entre A e B muda de forma; agora B está localizado abaixo de A, e a energia de ativação é menor.

Eles esfriam o ambiente

Embora não se aplique a todas as reações endotérmicas, várias delas causam uma diminuição na temperatura ambiente. Isso ocorre porque o calor absorvido de algum lugar vem. Consequentemente, se a conversão de A e B fosse realizada dentro de um vaso, ela esfriaria.

Quanto mais endotérmica a reação, mais frio o recipiente e seus arredores se tornarão. De fato, algumas reações são capazes de formar uma fina camada de gelo, como se tivessem saído de uma geladeira.

No entanto, existem reações desse tipo que não esfriam o ambiente. Porque Porque o calor circundante é insuficiente; isto é, não fornece o Q necessário (J, cal) que está escrito nas equações químicas. Portanto, é aqui que entra o fogo ou a radiação ultravioleta.

Uma pequena confusão pode surgir entre os dois cenários. Por um lado, o calor circundante é suficiente para que a reação prossiga espontaneamente e o resfriamento é observado; por outro, é necessário mais calor e é utilizado um método de aquecimento eficiente. Nos dois casos, acontece o mesmo: a energia é absorvida.

Equações

Quais são as equações relevantes em uma reação endotérmica? Como já explicado, ΔH deve ser positivo. Para calcular, a seguinte equação química é considerada primeiro:

aA + bB => cC + dD

Onde A e B são os reagentes e C e D são os produtos. As letras minúsculas (a, b, ce) são os coeficientes estequiométricos. A seguinte expressão matemática é aplicada para calcular o ΔH dessa reação genérica:

Produtos ΔH – Reagentes ΔH = ΔH rxn

Você pode prosseguir diretamente ou fazer os cálculos separadamente. Para produtos ΔH, a seguinte soma deve ser calculada:

c ΔH f C + d ΔH f D

Onde ΔH f é a entalpia de formação de cada substância envolvida na reação. Por convenção, as substâncias em suas formas mais estáveis ​​têm ΔH f = 0. Por exemplo, moléculas de O 2 e H 2 , ou um metal sólido, tem Sh f = 0.

O mesmo cálculo é feito agora para reagentes, ΔH Reagents :

a ΔH f A + b ΔH f B

Mas, como a equação diz que os Reagentes ΔH devem ser subtraídos dos Produtos ΔH , a soma anterior deve ser multiplicada por -1. É assim que você tem:

c ΔH f C + d ΔH f D – (a ΔH f A + b ΔH f B)

Se o resultado desse cálculo for um número positivo, será uma reação endotérmica. E se é negativo, é uma reação exotérmica.

Exemplos de reações endotérmicas comuns

Evaporação de gelo seco

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Gelo seco. Fonte: Nevit [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Quem já viu esses vapores brancos emanando de um carrinho de sorvete testemunhou um dos exemplos mais comuns de uma “reação” endotérmica.

Além do sorvete, esses vapores liberados a partir de sólidos brancos, chamados gelo seco, também fizeram parte dos cenários para criar o efeito de névoa. Esse gelo seco nada mais é do que dióxido de carbono sólido, que absorve a temperatura e a pressão externa começa a sublimar.

Uma experiência para o público infantil seria encher e selar uma sacola com gelo seco. Depois de um tempo, ele acabará inflando devido ao CO 2 gasoso, que gera trabalho ou pressiona as paredes internas da bolsa contra a pressão atmosférica.

Assar pão ou cozinhar alimentos

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Pão assado Fonte: Pixabay

Fazer pão é um exemplo de reação química, pois agora existem alterações químicas devido ao calor. Quem quer que cheirasse o aroma de pães recém-assados ​​sabe que uma reação endotérmica está acontecendo.

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A massa e todos os seus ingredientes precisam do calor do forno para realizar todas as transformações, essenciais para transformar o pão e exibir suas características típicas.

Além dos pães, a cozinha está cheia de exemplos de reações endotérmicas. Quem cozinha lida com eles diariamente. Cozinhar macarrão, amolecer o feijão, aquecer os grãos de milho, cozinhar ovos, temperar as carnes, assar um bolo, preparar chá, aquecer alguns sanduíches; Cada uma dessas atividades são reações endotérmicas.

Banho de sol

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Tartarugas que recebem um banho de sol. Fonte: Pixabay

Por mais simples e comum que pareça, os banhos de sol que levam certos répteis, como tartarugas e crocodilos, se enquadram na categoria de reações endotérmicas. As tartarugas absorvem o calor do sol para regular a temperatura do seu corpo.

Sem o sol, retêm o calor da água para se aquecer; que termina no resfriamento da água em seus tanques ou tanques de peixes.

Reação atmosférica ao nitrogênio e formação de ozônio

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Raio. Fonte: Pixabay

O ar é composto principalmente de nitrogênio e oxigênio. Durante tempestades, é liberada uma energia que pode quebrar as ligações fortes que mantêm os átomos de nitrogênio na molécula de N 2 :

N 2 + O 2 + Q => 2NO

Por outro lado, o oxigênio pode absorver a radiação ultravioleta para se tornar ozônio; alótropo de oxigênio que é muito benéfico na estratosfera, mas prejudicial à vida ao nível do solo. A reação é:

3O 2 + v => 2O 3

Onde v significa radiação ultravioleta. O mecanismo por trás dessa equação simples é muito complexo.

Eletrólise da água

A eletrólise utiliza energia elétrica para separar uma molécula em seus elementos ou moléculas formadoras. Por exemplo, na eletrólise da água, dois gases são gerados: hidrogênio e oxigênio, cada um com diferentes eletrodos:

2H 2 O => 2H 2 + O 2

Além disso, o cloreto de sódio pode sofrer a mesma reação:

2NaCl => 2Na + Cl 2

Em um eletrodo será observada a formação de sódio metálico e, por outro, bolhas de cloro esverdeadas.

Fotossíntese

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Plantas e árvores precisam absorver a luz solar como fonte de energia para sintetizar seus biomateriais. Para este que utiliza como matérias-primas de CO 2 e de água, que, por uma longa série de passos, tornar-se glicose e outros açúcares. Além disso, é formado oxigênio, que é liberado pelas folhas.

Soluções de alguns sais

Se o cloreto de sódio se dissolver na água, nenhuma mudança perceptível na temperatura externa do vaso ou vaso será notada.

Alguns sais, como o cloreto de cálcio , CaCl 2 , aumentam a temperatura da água como resultado da grande hidratação dos íons Ca 2+ . E outros sais, como nitrato ou cloreto de amônio, NH 4 NO 3 e NH 4 Cl, diminuem a temperatura da água e esfriam seus arredores.

Na sala de aula, os experimentos em casa geralmente são feitos dissolvendo alguns desses sais para demonstrar o que é uma reação endotérmica.

A diminuição da temperatura é devida ao fato de que a hidratação dos íons NH 4 + não é favorecida contra a dissolução dos arranjos cristalinos de seus sais. Consequentemente, os sais absorvem o calor da água para permitir que os íons sejam solvatados.

Outra reação química que geralmente é muito comum para demonstrar isso é a seguinte:

Ba (OH) 2 · 8H 2 O + 2NH 4 NO 3 => Ba (NO 3 ) 2 + 2NH 3 + 10H 2 O

Observe a quantidade de água formada. Ao misturar os dois sólidos, obtém-se uma solução aquosa de Ba (NO 3 ) 2 , com cheiro de amônia e com uma queda de temperatura tal que literalmente congela a superfície externa do recipiente.

Decomposições térmicas

Uma das mais comuns são as decomposições térmicas de bicarbonato de sódio, NaHCO 3 , para a produção de CO 2 e de água quando aquecida. Muitos sólidos, incluindo carbonatos, tendem a decompor-se para libertar CO 2 e o óxido correspondente. Por exemplo, a decomposição do carbonato de cálcio é a seguinte:

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CaCO 3 + Q => CaO + CO 2

O mesmo vale para carbonatos de magnésio, estrôncio e bário.

É importante notar que uma decomposição térmica é diferente de uma combustão. No primeiro não há presença de ignição ou o calor é liberado, enquanto no segundo sim; isto é, a combustão é uma reação exotérmica, mesmo quando precisa de uma fonte de calor inicial para ocorrer ou ocorrer espontaneamente.

Cloreto de Amônio na Água

Quando uma pequena quantidade de cloreto de amônio (NH4Cl) é dissolvida em água em um tubo de ensaio, o tubo fica mais frio do que antes. Durante esta reação química, o calor é absorvido do meio ambiente.

Triossulfato de sódio

Quando os cristais de tiossulfato de sódio (Na 2 S 2 O 3 .5H 2 O), vulgarmente chamado hipo, dissolvido em água, um efeito de resfriamento é produzido.

Motores de automóveis

A queima de gasolina ou diesel nos motores de carros, caminhões, tratores ou ônibus produz energia mecânica, utilizada na circulação desses veículos.

Ferver líquidos

Ao colocar um líquido no calor, ele ganha energia e entra em um estado gasoso.

Cozinhe um ovo

Quando o calor é aplicado, as proteínas do ovo são desnaturadas, formando a estrutura sólida que geralmente é ingerida.

Cozinhar alimentos

Em geral, sempre ao cozinhar com calor para alterar as propriedades dos alimentos, ocorrem reações endotérmicas.

São essas reações que tornam os alimentos mais macios, geram massas maleáveis, liberam os componentes que contêm, entre outras coisas.

Aquecimento de alimentos por microondas

Pela radiação de microondas, as moléculas de água nos alimentos absorvem energia, começam a vibrar e aumentam a temperatura dos alimentos.

Moldagem de vidro

A absorção de calor pelo vidro torna suas juntas mais flexíveis, facilitando a mudança de forma.

Consumo de uma vela

A cera da vela derrete absorvendo o calor da chama, mudando de forma.

Limpeza com água quente

Ao usar água quente para limpar objetos manchados de graxa, como panelas ou roupas, a graxa fica mais líquida e é mais fácil de remover.

Esterilização a quente de alimentos e outros objetos

Ao aquecer objetos ou alimentos, os microorganismos que eles contêm também aumentam sua temperatura.

Quando muito calor é fornecido, ocorrem reações nas células microbianas. Muitas dessas reações, como quebra de vínculos ou desnaturação de proteínas, acabam matando microorganismos.

Luta de infecções com febre

Quando uma febre se manifesta, é porque o corpo produz o calor necessário para matar as bactérias e vírus que causam infecções e geram doenças.

Se o calor gerado é alto e a febre é alta, as células do corpo também são afetadas e há risco de morte.

Evaporação da água

Quando a água evapora e se transforma em vapor, é por causa do calor que recebe do ambiente. À medida que a energia térmica é recebida por cada molécula de água, sua energia de vibração aumenta ao ponto em que pode se mover livremente, criando vapor.

Referências

  1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Química (8a ed.). Aprendizagem CENGAGE.
  2. Wikipedia (2018). Processo endotérmico Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27 de dezembro de 2018). Exemplos de Reações Endotérmicas. Recuperado de: thoughtco.com
  4. Khan Academy (2019). Endotérmico vs. reações exotérmicas. Recuperado de: khanacademy.org
  5. Serm Murmson (2019). O que acontece no nível molecular durante uma reação endotérmica? Hearst Seattle Media. Recuperado de: education.seattlepi.com
  6. QuimiTube (2013). Cálculo da entalpia de reação a partir das entalpias de formação. Recuperado de: quimitube.com
  7. Quimicas.net (2018). Exemplos de reação endotérmica. Recuperado de:
    quimicas.net.

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