Reacție endotermică

În termodinamică , reacțiile endotermice sunt denumite procese fizice sau chimice care consumă căldură . Căldura este o formă dezordonată de energie . Într-o reacție chimică endotermică, energia emisă de formarea de legături chimice în produsele de reacție este mai mică decât energia necesară pentru a sparge legăturile din reactanți .

Lista fenomenelor endotermice

• Tranziții de fază (starea materiei) (vapori, solid, lichid);
  • Tranziții de la lichid la gaz ( vaporizare ): pe unitate de masă, căldura totală necesară schimbării stării la o presiune dată se numește căldura latentă de masă a vaporizării ;
  • Tranziții solid-lichid ( fuziune ): pe unitate de masă, căldura totală necesară schimbării stării la o presiune dată se numește căldura latentă de masă a fuziunii ;
  • Tranziții de la solid la gaz ( sublimare );
• Relaxare cu gaz
• Anumite soluții de solut într-un solvent;
• Desorbția unui gaz;
• Anumite reacții chimice de descompunere ;

Ilustrații ale fenomenelor endoterme enumerate mai sus

• Expansiunea gazului:
  • Înghețarea carburatoarelor motoarelor GPL , benzină și kerosen pe avioane. Fenomenul este legat de o dublă endotermă localizată: cea a vaporizării parțiale a combustibilului și cea a expansiunii în galeria de admisie a aerului de ardere , legată de căderea de presiune , în principal a filtrării (mai ales când filtrul este praf, de asemenea, atunci când este rece, de asemenea la altitudine prin scăderea presiunii de vapori saturați a combustibilului) (acest lucru este mai puțin frecvent cu un turbocompresor ) (producătorii instalează adesea preîncălzitori termostatați pe picioarele carburatorului) .
  • Regulatoare de îngheț : cele pentru gazul petrolier lichefiat ( propan , butan etc.), cele pentru scafandrii subacvatici din zonele polare etc.
• Evaporare :
  • Etapele diagramelor de fază , care se referă la toate substanțele pure, substanțele cvasi-pure și, de asemenea, aliajele. Exemplul cel mai comun al acestor lagăre este aceea de 100  ° C , izoterma de la fierbere a apei la presiunea atmosferică . Într-adevăr, în ciuda aportului continuu de căldură, temperatura apei încălzite rămâne stabilă. Acest lucru se datorează naturii endotermice a evaporării sale treptate.
  • Aceste niveluri termice stau, de exemplu, la baza gătirii celei mai simple, practice și eficiente, gătirea în bulionuri . Această practicitate a izotermei de 100 ° C este baza principală a gătitului rustic în bucătărie.
  • Un alt mic exemplu pentru fierberea apei, mai elaborat și utilizat în procese, cunoscut majorității în jurul anului 1960 , oale sub presiune pentru nivelurile lor foarte practice de 120  ° C (media acestor dispozitive) . Sunt dispozitive ideale pentru, de exemplu: sterilizarea cu abur , pasteurizarea , îmbutelierea meselor gata etc.
  • Gătirea alimentelor în cuptor: acestea provoacă multă evaporare (prin urmare efecte endoterme limitând pătrunderea căldurii de gătit în miez) , aici se află și regulile de cvasi-proporționalitate a timpilor de gătit față de masele de alimente gătite (compensare pentru energie pierdută prin evaporare) .
  • Răceala eoliană : o energie endotermă foarte amplificată, accelerată de viteza vântului (această viteză și predicția acesteia sunt necesare, de exemplu în meteorologie, pentru alpinist) . Principiul acestei endotermii este utilizat în funcționarea psihrometrului , un dispozitiv care măsoară umiditatea . Viteza zonei umede din aer face posibilă obținerea unei diferențe de temperatură din care se deduce umiditatea din acest aer.
  • Răcire fiziologică necesară în timpul efortului (vânt și masă) generată în mod natural și automat prin transpirație . Există o adevărată reglare termică a corpului prin evaporare: transpirația . Este foarte eficient atunci când persoana nu este acoperită, cu excepția vremii abundente ( umiditate foarte mare ) . Când persoana este acoperită, nu există evaporare la contactul direct cu corpul. Eficiența transpirației scade, provocând o picurare de transpirație fără o eficiență termică mare pentru corp.
  • Răcire foarte brutală, utilizată în metalurgie pentru stingerea operațiunilor cu apă, ulei (uneori se folosește jet de aer).
  • Răcirea uneltelor de prelucrare ( strung , mașină de frezat , polizor , burghiu , pietre etc.): într-adevăr „uleiurile de tăiere” sunt emulsii apoase : apă / grăsime, cam ca săpunul lichid.
  • Răcirea unei sticle de apă călduță în timp ce se află în lumina directă a soarelui, dacă este acoperită cu o cârpă umedă.
  • O răcire cunoscută, complexă, aparent contradictorie, dar foarte vizibilă observată la intrarea dintr-un exterior foarte rece cu pantofi sau mănuși umede și chiar mai rău dacă este înghețată. Mai sensibil atunci când camera este fierbinte și uscată.
  • La fel și amplificat într-o mașină cu aer forțat pe pantofi, datorită vitezei acestui aer, prin efectul de răcire aeraulic. Camera termică a acestor încălțăminte (interior) este apoi brusc scăzută în temperatură (și nu ridicată, (înainte de a reveni mult mai târziu)). De fapt , schimbarea dublă fază în grosimea sabotului (topire și evaporare) și la periferie, provoacă o foarte abruptă și dureroasă răcire la 0  C ° . Temperatura care se va schimba doar foarte încet. Soluțiile trebuie deseori luate în considerare, acest fenomen este atât de dureros: îndepărtarea acestor pantofi vechi, înfășurarea picioarelor într-un prosop uscat, schimbarea șosetelor și a încălțămintei, la munte, puneți-vă de rezervă într-o pungă izolată cu încălzitor .
  • Este un fenomen similar pentru vasele de teracotă . Tindem, desigur, să le folosim pentru a proteja temporar o plantă de înghețul din grădină. Ideea este rea, planta moare aproape de fiecare dată. Răceala internă este foarte intensă și chiar mai gravă la începutul sosirii soarelui. De fapt, evaporarea umidității, concentrată în acest material poros, provoacă un efect de incintă termică care concentrează frigoriile.
  • Puneți din nou îmbrăcămintea umedă după ce plouă, expunându-vă la vânt sau ieșind la soare; sau ambele în același timp.
  • Tricouri complete (care au fost până la mijlocul XX - lea secol standard) ca burkinis sunt perfecte pentru prinderea la rece. Soluția pentru cei care nu pot pune altceva decât un „plin (capac)” să se scalde, este costumul de neopren izoterm .
• Fuziune :
  • Etapele diagramelor de fază : cea mai frecventă este cea a apei la 0  ° C , a cărei medie a apei rămâne aproape de această izotermă atâta timp cât masa totală nu a atins starea solidă (înghețată în gheață) ; temperatura menținută în ciuda frigului de afară: exemplu de lacuri, mare −1,9  ° C pentru o salinitate de 35  g / l . Exemplu de mașini parcate care nu au fost curățate de zăpadă și, prin urmare, rămân izoterme.
  • Zăpadă topită pe un parbriz fierbinte (în special pentru precipitații puternice umede) . În aceste cazuri suprafața de contact este mult crescută. Fulgii, care reacționează apoi cu un „efect burete”, păstrează o fază lichidă în fulgi. În schimb, suprafața cristalului este mult mai mică. Acest lucru provoacă un flux mare de răcire prin parbriz, alimentat de endotermia fuziunii. Ca dovadă în acest caz specific, ceața din interior este foarte dificil de îndepărtat prin ventilație la cald. Canadienilor nu li se permite să conducă cu un strat de zăpadă veche pe mașină. Regulamentele le impun curățarea preventivă înainte de a începe, cu durerea unei amenzi.
  • Topirea gheții și zăpezii pe drumuri iarna, mai ales atunci când este cauzată de sărare . Sarea scade semnificativ temperatura de topire a gheții (amestec eutectic ), dar crește și suprafețele de schimb. Din acest motiv, aceste operații de sărare trebuie evitate seara, răcirea nocturnă ar putea amplifica înghețul. Drumul levigat și sarea sa îndepărtată ar putea apoi să se înghețe, de exemplu prin captarea vaporilor de apă, reformarea gheții ( numită neagră ).
  • Dezghețarea țevilor înghețate este foarte problematică. În unele cazuri foarte frecvente, o durere de cap reală, atunci când sunt fabricate din PVC , PE sau plastic PER , sau, de asemenea, atunci când sunt acoperite cu o acoperire sau încorporate. La fel, când vine vorba de supape, robinete, supape de reținere care au garnituri fragile. De fapt, propagarea căldurii necesare dezghețului poate fi, de asemenea, împiedicată de o conductivitate termică foarte limitată. Efectul de incintă este, de asemenea, acolo pentru a se opune dezghețului.
• Contraexemplu care apare la temperatură scăzută, greu de analizat:
  • Protejarea primăverii pomilor fructiferi prin stropire de către profesioniști. Într-adevăr, gerul florilor eradică recolta anuală în câteva secunde. Profesioniștii combate cu atenție și automat aceste riscuri udându-le la începutul perioadei de vegetație și înflorire, în perioadele de îngheț . Adesea, aceste secvențe de îngheț foarte scurte la răsărit au un consum destul de scăzut de apă. Purjarea sprinklerelor automate limitează riscul de spargere a echipamentului din cauza înghețului. Aceste solidificări directe ale apei pe ramuri determină absorbția frigoriilor înconjurătoare și mențin temperatura la izoterma de glaciație, 0  ° C , în centrul acestor ganguri de gheață. Faza de pornire se poate face numai înainte de trecerea la 0  ° C , deoarece pulverizarea declanșează mai întâi o scădere a temperaturii, în special pe vreme uscată și cu vânt (evaporare inițială ridicată în timpul creșterii higrometriei masei de aer). Această tehnică necesită instrumente distribuite și foarte fiabile, ca în nivologia artificială , zăpada artificială .

Reacție chimică endotermică

Căldura pusă în joc în timpul unei reacții chimice efectuate la temperatură și presiune constante (fără ansamblu electrochimic al bateriei) corespunde variației funcției de stare a entalpiei  : ΔH. Această diferență de energie, exprimată în kilojuli pe mol , poate fi:

• Pozitiv (endoterm);
• Negativ (exoterm);
• Niciuna (atermică).

O reacție endotermă poate fi scrisă în următoarea formă:

Reactivi + Energie → Produse

O reacție este endotermă atunci când reactivii de pornire au legături chimice mai puternice decât cele ale produselor formate: prin urmare, energia trebuie absorbită din mediu pentru a crea noile legături.

În timpul unei reacții chimice endotermice, reactanții trebuie alimentați constant cu energie pentru ca reacția să aibă loc. Energia termică adusă în joc în timpul unei reacții endoterme este, prin convenție, considerată pozitivă pentru sistemul care o primește.

Referințe

1. (în) „  reacție endotermică  ” Compendiu de terminologie chimică [„  Gold Book  ”], IUPAC 1997, versiune corectată online (2006-), ed. A 2- a  .
2. (în) "  reacție exotermă  " Compendiu de terminologie chimică ["  Gold Book  "], IUPAC 1997, versiune corectată online (2006-), ed. A 2- a  .

Articole similare

• Reacție exotermă
• Termochimie

linkuri externe

• Termochimie
• Energie chimica

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">