Ендотермічні процеси

Ендотермічний процес, розбитий на прості множники

Ми не завжди усвідомлюємо, скільки різних хімічних реакцій існує у світі. Серед них є ендотермічні процеси . Для їх здійснення необхідно забезпечити потрібну кількість енергії , найчастіше у вигляді тепла. Таким чином, ендотермічні процеси не відбуваються спонтанно – вони можуть бути ініційовані шляхом підведення енергії до системи. Часто ендотермічні процеси також називають ендоенергетичними процесами . При цьому ентальпія системи змінюється (нарешті, ентальпія продуктів реакції має більше значення, ніж ентальпія реагентів). Часто знижується температура системи. Це явище можна легко спостерігати, наприклад, виконавши так зване охолодження сумішей. Це суміші певних речовин (з відповідним співвідношенням мас), які, створюючи розчин, поглинають енергію з навколишнього середовища і викликають зниження температури. Прикладом охолоджуючої суміші є суміш води з хлоридом амонію у співвідношенні 10:3.

Ендотермічний процес проти екзотермічного процесу

Ендотермічні процеси та екзотермічні процеси ( ендоенергетичні та екзергонічні відповідно) є двома типами реакцій, під час яких змінюється енергія системи. На відміну від ендотермічних процесів, екзотермічні процеси вивільняють енергію із системи у вигляді тепла . Екзотермічні процеси можуть відбуватися спонтанно. Для них характерне зменшення ентальпії за рахунок втрати тепла в навколишнє середовище. Класичним прикладом екзотермічної реакції є спалювання, наприклад, газу в печі, або використання екзотермічного процесу в невеликих гелевих нагрівачах.

Ендотермічний процес – приклади

Фотосинтез

Фотосинтез є чудовим прикладом ендотермічної реакції в повсякденному житті. Це один із найважливіших біохімічних процесів на Землі. Цей процес забезпечує кисень, а також органічні сполуки, які є джерелом енергії для тварин і людини. Простіше кажучи, фотосинтез — це процес, за допомогою якого вода та вуглекислий газ перетворюються на кисень і глюкозу. Ця реакція відбувається за участю світлової енергії. До реакційної системи надходить світлова енергія, яка є характерним елементом ендотермічної реакції. Без надходження енергії від сонця фотосинтез не відбувається.

Танення льоду

Прикладом фазового переходу є танення льоду, тобто перехід молекул води з твердої (лід) фази в рідку (рідка вода). Завдяки енергетичному ефекту він є ендотермічним переходом, тобто відбувається з поглинанням енергії з навколишнього середовища. Енергія ззовні (у цьому випадку температура вище 0 ᵒC) необхідна для ініціювання явища плавлення.

Сублімація твердого вуглекислого газу

Сублімація, як і плавлення, є фазовим переходом. У разі сублімації тверда речовина перетворюється безпосередньо в парову фазу (без рідкої фази). Сублімація твердого вуглекислого газу (в народі сухого льоду) відбувається за механізмом ендоенергетичного перетворення. При сублімації сухого льоду, тобто переході його безпосередньо в газоподібний вуглекислий газ, поглинається велика кількість енергії з навколишнього середовища.

Випічка тортів

Виробництво домашньої випічки – це чудова можливість спостерігати за ендотермічною реакцією. Один із інгредієнтів типового тіста, тобто розпушувач, складається, серед іншого, з бікарбонату амонію. Поставивши пиріг в духовку, ми забезпечуємо йому тепло. Під його дією гідрокарбонат кальцію починає розкладатися на газоподібні компоненти, в результаті чого макуха піднімається. Під час такої реакції зміна ентальпії позитивна, тому це ендотермічний перехід.

Ендотермічні процеси в промисловості

Виробництво водню

Водень часто називають паливом майбутнього. У цьому твердженні є багато правди. В даний час його отримують в промислових масштабах шляхом парової конверсії метану. Паровий риформінг метану полягає у взаємодії цієї сировини з водяною парою. Сильно ендотермічна реакція, відбувається при високих температурах 650–900 ᵒC. В результаті цього процесу виходить суміш водню і оксиду вуглецю, яка називається синтез-газом. Тоді водень можна добути за допомогою техніки, відомої як адсорбція при коливанні тиску, або скорочено PSA.

Виробництво негашеного вапна

У промисловості негашене вапно, тобто кальцій (II) оксид, одержують випалюванням вапняку (кальцієвої карбонатної породи). Це оборотний і ендотермічний процес. У результаті випалювання (термічної дисоціації) вапняків у шахтних печах отримують не тільки негашене вапно, а й вуглекислий газ. Обидва продукти використовуються, наприклад, на содових заводах. Вуглекислий газ необхідний для карбонізації розсолу, тоді як негашене вапно використовується для виробництва гідроксиду кальцію, який потім направляється на очищення розсолу.