17.3: Екзотермічні та ендотермічні процеси

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19287

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Багаття - приклад базової термохімії. Реакція ініціюється прикладанням тепла від сірника. Реакція перетворення деревини в вуглекислий газ і воду (серед іншого) триває, виділяючи теплову енергію в процесі. Потім цю теплову енергію можна використовувати для приготування їжі, смаження зефіру або просто для збереження тепла, коли на вулиці холодно.

Екзотермічні та ендотермічні процеси

Коли відбуваються фізичні або хімічні зміни, вони, як правило, супроводжуються передачею енергії. Закон збереження енергії говорить, що в будь-якому фізичному або хімічному процесі енергія не створюється і не руйнується. Іншими словами, вся енергія у Всесвіті зберігається. Для того, щоб краще зрозуміти енергетичні зміни, що відбуваються під час реакції, нам потрібно визначити дві частини Всесвіту: систему і оточення. Система - це конкретна частина речовини в даному просторі, яка вивчається під час експерименту або спостереження. Оточення - це все у Всесвіті, що не є частиною системи. У практичному плані для лабораторного хіміка система - це конкретні хімічні речовини, що реагують, тоді як оточення знаходиться в безпосередній близькості від кімнати. Під час більшості процесів відбувається обмін енергією між системою і навколишнім середовищем. Якщо система втрачає певну кількість енергії, то таку ж кількість енергії отримує оточення. Якщо система отримує певну кількість енергії, ця енергія постачається навколишнім середовищем.

Хімічна реакція або фізичні зміни є ендотермічними, якщо тепло поглинається системою з навколишнього середовища. В ході ендотермічного процесу система отримує тепло від оточення, і тому температура навколишнього середовища знижується. Кількість тепла для процесу представлена буквою\(q\). Ознака\(q\) для ендотермічного процесу є позитивним, оскільки система набирає тепло. Хімічна реакція або фізичні зміни є екзотермічними, якщо тепло виділяється системою в навколишнє середовище. Оскільки оточення набирає тепло від системи, температура оточення збільшується. Ознака\(q\) для екзотермічного процесу негативний, оскільки система втрачає тепло.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): (А) Ендотермічна реакція. (Б) Екзотермічна реакція. (КУБ.СМ ПО-НК; К-12)

Одиниці теплопостачання

Тепловий потік вимірюється в одній з двох загальних одиниць: калорійність і джоуль. Джоуль\(\left( \text{J} \right)\) - одиниця СІ енергії. Калорійність знайома, оскільки вона зазвичай використовується при зверненні до кількості енергії, що міститься в їжі. Калорійність\(\left( \text{cal} \right)\) - це кількість тепла, необхідне для підвищення температури 1 грама води на\(1^\text{o} \text{C}\). Наприклад, підвищення температури води\(100 \: \text{g}\) від\(20^\text{o} \text{C}\) до\(22^\text{o} \text{C}\) зажадає\(100 \times 2 = 200 \: \text{cal}\).

Калорії, що містяться в їжі, насправді є кілокалоріями\(\left( \text{kcal} \right)\). Іншими словами, якщо певна закуска містить 85 калорій їжі, вона насправді містить\(85 \: \text{kcal}\) або\(85,000 \: \text{cal}\). Для того, щоб зробити різницю, дієтична калорія пишеться з великої літери С.

\[1 \: \text{kilocalorie} = 1 \: \text{Calorie} = 1000 \: \text{calories}\nonumber \]

Сказати, що закуска «містить» 85 калорій означає, що\(85 \: \text{kcal}\) енергія виділяється, коли ця закуска обробляється людським організмом.

Теплові зміни в хімічних реакціях зазвичай вимірюються в джоулів, а не в калоріях. Перетворення між джоулем і калорією показано нижче.

\[1 \: \text{J} = 0.2390 \: \text{cal or} \: 1 \: \text{cal} = 4.184 \: \text{J}\nonumber \]

Ми можемо обчислити кількість тепла, що виділяється в кілоджоулі, коли гамбургер 400 калорій перетравлюється:

\[400. \: \text{Cal} = 400. \: \text{kcal} \times \frac{4.184 \: \text{kJ}}{1 \: \text{kcal}} = 1.67 \times 10^3 \: \text{kJ}\nonumber \]

Резюме

Закон збереження енергії говорить, що в будь-якому фізичному або хімічному процесі енергія не створюється і не руйнується.
Конкретна частина речовини в даному просторі, яка вивчається під час експерименту або спостереження, - це система.
Оточення - це все у Всесвіті, що не є частиною системи.
Хімічна реакція або фізичні зміни є ендотермічними, якщо тепло поглинається системою з навколишнього середовища.
Реакція або зміна є екзотермічними, якщо тепло виділяється системою в навколишнє середовище.