11 Příklady exotermických reakcí: Podrobné vysvětlení

by

V tomto článku jsou stručně diskutovány „příklady exotermické reakce“, různé typy příkladů a některé numerické problémy s řešením exotermické reakce.

Příklady jsou -

  1. Spalovací reakce
  2. Neutralizační reakce
  3. Korozní reakce
  4. Krystalizace octanu sodného nebo „horkého ledu“
  5. Výroba kostky ledu
  6. Jaderné štěpení uranu (U-235)
  7. Dýchání
  8. Tvorba iontových párů
  9. Reakce mezi vodou a chloridem vápenatým
  10. Termitová reakce
  11. Rozkládání zeleniny na kompost
  12. Roztok kyseliny sírové a vody

Co je to exotermická reakce?

Exotermická reakce je definován v termodynamice jako jeden typ reakce, při které se energie uvolňuje ve formě tepla (někdy ve formě světla, zvuku nebo elektřiny) ze systému do okolí.

U exotermické reakce je změna entalpie (ΔH) negativní (menší než nula).

příklady exotermických reakcí
Energetický diagram exotermické reakce.
Kredit: Wikimedia Commons

Chcete-li vědět více, postupujte takto: N2 polární nebo nepolární: Proč, jak, vlastnosti a podrobná fakta

Spalovací reakce

Spalovací reakce je dobře známým příkladem vysokoteplotní exotermické reakce. Spalování je v podstatě redoxní chemická reakce, při které se jakákoliv sloučenina se oxiduje v přítomnosti vzdušného kyslíku a většinou se získají oxidované plynné produkty.

Vyvážená rovnice spalování metanu je napsána níže-

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Neutralizační reakce

Neutralizační reakce je jeden typ reakce, při které se kyselina neutralizuje přidáním báze po kapkách. Jde tedy o jeden typ titrace. Po neutralizaci žádný přebytek H+ nebo OH- ionty zůstávají nezreagované v reakčním médiu.  

Pro neutralizační reakce, změna entalpie (ΔH) je vždy záporná.

HCl+ NaOH = NaCl+ H2O

Chcete-li vědět více, projděte si: Je HBr iontový nebo kovalentní: Proč? Jak, vlastnosti a podrobná fakta

Korozní reakce

Jedním typem je koroze oxidační reakce ve kterém plyn obsahující kyslík (vzduch) napadá povrch kovu za vzniku oxidu.

Rezavění železa je jedním z typů korozní reakce, protože během rezivění dochází k oxidaci železného kovu vzdušným kyslíkem za normální teploty v přítomnosti vlhkosti.

4Fe + 3O2 +2xH2O = 2Fe2O3.xH2O

Krystalizace octanu sodného nebo „horkého ledu“

Pevný trihydrát octanu sodného se zahřeje nad 330 K a tři krystalové molekuly vody se eliminují a bezvodý krystal se rozpustí ve vodě.  Krystal je zcela rozpuštěn při 352 K. Hydratační teplo trihydrátu octanu sodného (ΔHhyd) je nad 40 kcal/mol, což je endotermický proces. Takže obrácený proces, krystalizace je exotermický proces.

Výroba kostky ledu

Tvorba ledu z vody je příkladem fázové změny reakce. Během této změny fáze se určité množství energie ve formě tepla uvolňuje do okolí. Voda mrzne pod 273 K a ztrácí určité množství energie ve formě tepla do okolí za vzniku ledu. Pokud voda o teplotě 273 K zamrzne a vytvoří led při stejné teplotě, pak se množství uvolněné energie rovná latentnímu teplu (80 cal/g).

Chcete-li vědět více, postupujte takto: Peptidová vazba vs disulfidová vazba: Srovnávací analýza a fakta

Jaderné štěpení uranu (U-235)

Jaderné štěpení generuje velké množství energie, protože při jaderném štěpení se hmota přeměňuje na energii podle tohoto zákona ΔE= Δm×c2. Při štěpné reakci dochází k štěpení jádra libovolného atomu na dva malé dílčí atomy útokem na neutron (0n1). Je to také příklad řetězu reakce jako v každém kroku jaderného štěpení je generován neutron a tento nově se generující neutron může napadnout další jádro uranu.

obrázek 112
Jaderné štěpení.
Kredit: Wikimedia Commons

Dýchání

Aerobní a anaerobní dýchání se vyskytuje v mitochondriích v buňce a generuje tepelnou energii, která pomáhá při různých biologických činnostech v živém organismu. Takže v seznamu exotermických příklad reakce musí být zahrnuto dýchání. 38 uvolnění ATP a 2 uvolnění ATP na molekulu glukózy pro aerobní a anaerobní dýchání. Při aerobním dýchání se při oxidaci glukózy (potravin) kyslíkem uvolní téměř 3000 KJ/mol energie.

C6H12O6 + 6O2 = 6 CO2 + 6H2Energie O+

Tvorba iontových párů

Tvorba iontových párů nebo asociace iontů je definována jako když dva ionty s opačným elektrickým nábojem přijdou do vzájemného kontaktu v roztoku a vytvoří odlišnou chemickou entitu. Tyto kladně a záporně nabité dva ionty přicházejí do kontaktu v důsledku elektrostatické přitažlivé síly mezi nimi. Při vytváření této odlišné iontové entity se množství uvolněné energie a ΔH stává záporným.

Chcete-li vědět více, zkontrolujte: Tvorba peptidové vazby: Jak, Proč, Kde, Vyčerpávající fakta o tom

Reakce mezi vodou a chloridem vápenatým

Míchání chloridu vápenatého (CaCl2) s vodou má za následek obrovské množství energie a tím i příklad chemické exotermické reakce. Chlorovodíková kyselina a oxid vápenatý se získají jako produkt.

CaCl2 + H2O = Ca(OH)2 + HCI

Termitová reakce

Reakce oxid železnatý s hliníkem se nazývá termitová reakce a směs těchto dvou sloučenin je známá jako termit. Tyto dvě reakční složky musí být ve formě prášku. Tato reakce obecně uvolňuje velké množství energie s oxidem hlinitým, elementárním železem a světlem.

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3

Rozkládání zeleniny na kompost

Tento rozklad provádějí mikroby a vyžaduje větší množství energie pro rozbití chemických vazeb přítomných v této zelenině. Tato reakce také probíhá exotermickou cestou.

Roztok kyseliny sírové a vody

Kyselina sírová reaguje s vodou okamžitě a jde o vysoce exotermickou reakci. Proto se do kádinky nelije voda koncentrovaná kyselina sírová, ale kyselina sírová se do vody přidává pomalu. Po přidání vody do kyseliny začne vřít a teplota během krátké doby dosáhne velmi vysoké hodnoty.

Různé numerické problémy exotermické reakce jsou diskutovány níže -

1.Uvažujte reakci tvorby vody. 2H2 (g) + O.2 (g) = 2H2O (g). Vazebná disociační energie vazby HH vazby O=O a vazby OH je 105 kcal/mol a 119 kcal/mol 110 kcal/mol. Vypočítejte množství absorbované a uvolněné energie a uveďte ji jako exotermickou nebo endotermickou reakci.

Odpověď: Vyvážená rovnice tvorby vody je-

2H2 (g) + O.2 (g) = 2H2O (g).

Na straně reaktantů celková energie, kterou mají reaktanty =2 (vazba HH) + 1 (vazba O=O) = {(2 × 105) + 119} kcal/mol = 329 kcal/mol

Na straně produktu celková energie molekuly vody = 4 (vazba OH)

= (4×110) kcal/mol = 440 kcal/mol Změna entalpie (ΔH) = entalpie porušení vazby – entalpie tvorby vazby = (329-440) kcal/mol. = -111 kcal/mol

Jde tedy o exotermickou reakci (změna entalpie negativní).

2. Vypočítejte uvolněnou energii při následující jaderné štěpné reakci- 238U = 95Sr + 140 Xe + 3n.

Atomová hmotnost 238U= 238.050784 amu, 95Sr = 94.919388 amu, 140Xe = 139.921610 amu a hmotnost neutronu (0n1) = 1.008665 amu.

Odpověď: Hmotnost produktů = {94.919388 + 139.921610 + (3×1.008665)} amu = 237.866993 amu. Hmotnost reaktantu = 238.050784 amu Hmotnostní defekt = (238.050784 – 237.866993) amu = 0.183791 amu. Energie uvolněná v důsledku hromadného defektu = Δm×c2 = 171.20 MeV.

3. Vypočítejte del H pro reakci - 2NO2 (g) = N2 (g) + 22 (G)

Entalpie se mění pro reakci uvedenou níže -

2NO (g) = N2 (g) + O.2 (g) AH = -180.5 KJ NE2 (g) = NO (g) + (1/2) O2 ΔH = 57.06 KJ

Odpověď: 2NO (g) = N2 (g) + O.2 (g) (2nd reakce× 2) NE2 (g) = NO (g) + (1/2) O2

Výsledná rovnice bude = 2NO2 (g) = N2 (g) + 22 (g) Změna entalpie této reakce je tedy (ΔH) = {-180.5 + (2×57.06)} KJ = -66.38 KJ.

Často kladené otázky (FAQ)

Jak lze zvýšit rychlost exotermické reakce?

Odpověď: Exotermická nebo endotermická reakce závisí na teplotě. Pokud se teplota reakčního média zvýší, zvýší se rozsah exotermické reakce.

Jaký je rozdíl mezi exotermickou a endotermickou reakcí?

Endotermická reakceExotermická reakce
Endotermická reakce absorbuje energiiExotermická reakce uvolňuje energii.
Změna entalpie (ΔH) je pozitivní.Změna entalpie (ΔH) je záporná.
Snížení teploty zvyšuje rychlost reakceZvýšení teploty podporuje dopřednou reakci.

Jaká je změna entropie pro exotermickou reakci?

 Odpověď: U exotermické reakce se entropie okolí vždy zvyšuje s tím, jak se energie uvolňuje ze systému do okolí.

Také čtení: