Endoterma och exoterma reaktioner. Entalpi

Videogenomgång (flippat klassrum)

English-speaking or IB student? Check out the English version instead!

Exoterma reaktioner

Vad händer om man förbränner vätgas i syrgas?

Reaktionsformel: 2H₂(s) + O₂(g) → 2H₂O(g) + energi

vätgasen och syrgasen omvandlas till vatten; och
det blir varmt

Energiförändringar när väte reagerar med syre och bildar vatten.

Först måste man bryta bindningarna mellan väteatomerna. Detta kräver tillförsel av energi. Denna energimängd kallas aktiveringsenergi.

Sedan måste man bryta bindningarna mellan syreatomerna. Detta kräver också tillförsel av energi.
Slutligen bildas nya bindningar mellan väte och syre. Då frigörs energi.

När bindningarna i vatten bildas, frigörs sammanlagt mera energi än vad som tillförs för att bryta bindnigarna mellan kolatomerna och mellan syreatomerna. Därför avges det värme vid reaktionen.

Reaktionen kallas exoterm (av gr. exo = ut och lat. term = värme).
Den sammanlagda (kemiska) energin hos produkterna är lägre än hos reaktanterna.

Endoterma reaktioner

Vad händer under fotosyntesen?

Reaktionsformel: 6CO₂ + 6H₂O + energi → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

I fotosyntesen tas det totalt upp mer energi än vad som avges.

För att reaktionen skall ske, måste det hela tiden tillföras energi.

(Förvisso frigörs det energi när det bildas nya bindningar i sockermolekylen, men den energi som frigörs är mindre än den energi som måste tillsättas för att bryta bindningarna i koldioxiden och i vattnet.)

Reaktionen kallas endoterm (av gr. endo = in).

Den sammanlagda (kemiska) energin hos produkterna är högre än hos reaktanterna.

Två skojiga reaktioner

Natriumhydroxid löses i vatten

När natriumhydroxid löses i vatten avges värmeenergi till omgivningen, och omgivningens temperatur stiger.

Reaktionsformel:

\(\text{NaOH(s)} \xrightarrow{\text{ H}_2\text{O }} \text{Na}^+\text{(aq)} + \text{OH}^-\text{(aq)}\)

Först bryts jonbindningarna mellan natrium- och hydroxidjonerna. Detta kräver tillförsel av energi.
Sedan bildas nya bindningar mellan jonerna och vattnet.
- Fråga
  
  Vilken typ av bindning uppstår?
  
  Svar
Då frigörs energi i form av värme.
Fråga eleverna, vilken energimängd är störst, den som tillförs eller den som frigörs, vid just denna reaktion?

Hur energin förändras när fast natriumhydroxid löses i vatten.

Observera: Produkterna, Na⁺(aq) och OH^–(aq), har lägre energi än reaktanten, NaOH(s).

Ammoniumnitrat löses i vatten

När ammoniumnitrat löses i vatten tas det upp värmeenergi från omgivningen, och omgivningens temperatur sjunker.

Reaktionsformel:

\(\text{NH}_4\text{NO}_3\text{(s)} \xrightarrow{\text{ H}_2\text{O }} \text{NH}_4^+\text{(aq)} + \text{NO}_3^-\text{(aq)}\)

Temperaturen i bägaren sjunker! Fråga eleverna, vad betyder detta med avseende på

den energi som krävs för att bryta jonbindningarna mellan ammoniumjonerna och nitratjonerna?
den energi som frigörs när jonerna hydratiseras?
vilken energimängd av de två som är störst?

Fråga

Är reaktionen endoterm eller exoterm reaktion?

Svar

Hur energin förändras när fast ammoniumnitrat löses i vatten.

Observera: Produkterna, NH\(_4^+(aq)\) och NO\(_3^-(aq)\), har högre energi än reaktanten, NH₄NO₃(s).

Entalpi

Ett ämnes energiinnehåll (värmeinnehåll) kallas dess entalpi.

Tecknas \(H\), enhet J(oule) (och ibland J/mol)

Vid en reaktion ändras entalpin för de ingående ämnena. Ändringen betecknas \(\Delta H\), och den är lika med \(H_{\text{produkter}}-H_{\text{reaktanter}}\).

Exempel

1 mol kol reagerar med 1 mol syrgas, och bildar koldioxid.

C(s) + O₂(g) → CO₂(g) + 394 kJ

Vad säger oss denna formel? Jo,

För 1 mol bildad CO₂(g) avges 394 kJ värme
Produkterna har lägre energiinnehåll än reaktanerna. Därför blir \(\Delta H\) negativt, enligt
\(\Delta H = H_{\text{CO}_2} - (H_{\text{C}} + H_{\text{O}_2})\)
\(\Delta H = -394\text{kJ}\)