Exotermické a endotermické reakcie Nezačaté

0. Kľúčové fakty

1. Exotermická reakcia — je chemická reakcia, pri ktorej sa teplo (energia) uvoľňuje do okolia, takže okolie aj reakčná zmes sa zahrejú. Príkladom je horenie dreva, výbuch, neutralizácia kyseliny so zásadou alebo hrdzavenie železa. Tieto reakcie spoznáme tak, že teplomer ponorený v zmesi ukazuje stúpajúcu teplotu.

2. Endotermická reakcia — je chemická reakcia, pri ktorej sa teplo (energia) z okolia pohlcuje (spotrebúva), takže okolie sa ochladzuje. Príkladom je rozpúšťanie dusičnanu amónneho vo vode alebo fotosyntéza v rastlinách. Pri takejto reakcii teplomer ukazuje klesajúcu teplotu, lebo zmes odoberá teplo z okolia.

3. Teplo ako forma energie — teplo je druh energie, ktorá prechádza vždy z teplejšieho telesa na chladnejšie. Pri chemických reakciách sa energia buď uvoľňuje, alebo spotrebúva, a práve podľa toho delíme reakcie na exotermické a endotermické. Množstvo tepla meriame v jouloch (J) alebo kilojouloch (kJ).

4. Chemická väzba a energia — pri každej chemickej reakcii sa staré väzby medzi atómami rozbíjajú a vznikajú nové. Na rozbitie väzieb treba energiu dodať, pri vzniku nových väzieb sa energia uvoľňuje. Ak sa pri vzniku väzieb uvoľní viac energie, než sa spotrebovalo na ich rozbitie, reakcia je exotermická; v opačnom prípade je endotermická.

5. Horenie ako exotermická reakcia — horenie je rýchla reakcia látky s kyslíkom, pri ktorej sa uvoľňuje veľa tepla a často aj svetlo. Práve preto kúrime drevom, uhlím alebo plynom — pri ich horení sa uvoľnená energia využíva na ohrev domácností. Horenie je najznámejší a najdôležitejší príklad exotermickej reakcie v bežnom živote.

6. Fotosyntéza ako endotermický dej — pri fotosyntéze rastliny pohlcujú slnečnú energiu a premieňajú oxid uhličitý a vodu na cukor a kyslík. Keďže rastlina musí energiu zo Slnka dodať (spotrebovať), je fotosyntéza endotermickým dejom. Vďaka nej sa svetelná energia ukladá do látok, ktoré potom slúžia ako potrava a zdroj energie pre iné organizmy.

7. Neutralizácia — reakcia kyseliny so zásadou (hydroxidom), pri ktorej vzniká soľ a voda, je exotermická — zmes sa pri nej zahreje. Ak napríklad zmiešame hydroxid sodný s kyselinou chlorovodíkovou, teplomer ukáže nárast teploty. Je to typický školský pokus na dôkaz uvoľňovania tepla pri reakcii.

8. Rozpúšťanie dusičnanu amónneho — keď sa dusičnan amónny (NH₄NO₃) rozpúšťa vo vode, pohlcuje teplo a roztok sa výrazne ochladí. Tento jav sa využíva v chladiacich obkladoch (instantných ľadových vreckách), ktoré sa po stlačení samé ochladia a prikladajú sa na opuchnuté či poranené miesta. Je to praktický príklad endotermického deja.

9. Meranie tepelných zmien teplomerom — aby sme zistili, či je reakcia exotermická alebo endotermická, zmeriame teplotu pred reakciou a po nej. Ak teplota stúpne, reakcia je exotermická; ak klesne, je endotermická. Rozdiel teplôt (Δt = t₂ − t₁) nám ukazuje, koľko sa zmes zahriala alebo ochladila.

10. Záznam výsledkov do tabuľky — namerané hodnoty si zapisujeme do prehľadnej tabuľky so stĺpcami ako „začiatočná teplota", „konečná teplota" a „zmena teploty". Takto môžeme jednotlivé reakcie porovnať a jednoznačne určiť, ktoré teplo uvoľňujú a ktoré pohlcujú. Usporiadané zaznamenávanie výsledkov je základ vedeckej práce a presného vyhodnotenia pokusu.

11. Využitie v bežnom živote — exotermické a endotermické reakcie sú okolo nás každý deň: hrejivé vrecká do rúk a obklady sa zahrievajú pomocou exotermickej reakcie, kým chladiace obklady sa pomocou endotermickej reakcie ochladzujú. Aj trávenie potravy, kúrenie či varenie súvisí s uvoľňovaním a pohlcovaním energie. Poznanie týchto dejov nám pomáha rozumieť svetu a využívať energiu rozumne.

12. Zákon zachovania energie a bezpečnosť — energia pri reakciách nikdy nezaniká ani nevzniká z ničoho, iba sa premieňa z jednej formy na druhú (napr. z chemickej na tepelnú). Pri exotermických pokusoch môže byť zmes horúca, preto pracujeme opatrne, s ochrannými okuliarmi a pod dozorom učiteľa. Bezpečné a starostlivé vykonávanie pokusov je rovnako dôležité ako samotný výsledok merania.

1. Poučka

Pri chemických reakciách sa premieňa energia, najčastejšie vo forme tepla. - Exotermická reakcia = reakcia, pri ktorej sa teplo uvoľňuje do okolia (okolie sa zahrieva). - Endotermická reakcia = reakcia, pri ktorej sa teplo prijíma z okolia (okolie sa ochladzuje).

Teplo meriame teplomerom, teplotu zapisujeme v stupňoch Celzia (°C).

2. Vysvetlenie

1. Každá látka má v sebe uloženú energiu.
2. Keď látky reagujú, vznikajú nové látky — a energia sa pritom buď uvoľní, alebo spotrebuje.
3. Ak nové látky majú menej energie ako pôvodné, prebytok sa uvoľní ako teplo → reakcia je exotermická → teplota okolia stúpne.
4. Ak nové látky potrebujú viac energie, vezmú si ju z okolia → reakcia je endotermická → teplota okolia klesne.
5. Jednoduchá pomôcka: EXO = von (teplo ide von, je teplejšie), ENDO = dnu (teplo ide dnu, je chladnejšie).

3. Príklady a prečo je to dôležité

Príklad 1 — teplota stúpla: Pri pokuse bola začiatočná teplota t₁ = 18 °C a konečná t₂ = 27 °C. Vypočítaj zmenu teploty a urči typ reakcie.
Δt = t₂ − t₁ = 27 − 18 = +9 °C
Teplota stúpla, zmes odovzdala teplo do okolia.
Výsledok → zmena +9 °C, reakcia je exotermická

Príklad 2 — teplota klesla: Dusičnan amónny sa rozpúšťal vo vode, teplota klesla z 21 °C na 13 °C. Aký je to dej?
Δt = t₂ − t₁ = 13 − 21 = −8 °C
Teplota klesla, dej si teplo vzal z okolia.
Výsledok → zmena −8 °C, dej je endotermický

Príklad 3 — triedenie dejov: Roztrieď: horenie plynu v sporáku, fotosyntéza, neutralizácia kyseliny so zásadou, chladiaci obklad s dusičnanom amónnym.
Teplo sa uvoľňuje (okolie sa zahrieva) pri horení a neutralizácii.
Teplo sa prijíma (treba ho dodať alebo sa okolie ochladí) pri fotosyntéze, ktorá potrebuje slnečnú energiu, a v chladiacom obklade.
Výsledok → exotermické: horenie, neutralizácia; endotermické: fotosyntéza, chladiaci obklad

Príklad 4 — porovnanie dvoch pokusov: V pokuse A stúpla teplota z 20 °C na 35 °C, v pokuse B z 20 °C na 24 °C (rovnaké množstvo zmesi). Ktorá reakcia uvoľnila viac tepla?
A: Δt = 35 − 20 = +15 °C
B: Δt = 24 − 20 = +4 °C
Obe sú exotermické, väčšia zmena teploty znamená viac uvoľneného tepla.
Výsledok → viac tepla uvoľnila reakcia A

Príklad 5 — vrecká na ruky a na úraz (prax): Hrejivé vrecko do rukavíc sa samo zohreje, chladiaci obklad sa po stlačení ochladí. Aké deje v nich prebiehajú?
Hrejivé vrecko: v ňom pomaly hrdzavie železný prášok, teplo sa uvoľňuje do okolia.
Chladiaci obklad: rozpúšťa sa v ňom soľ (dusičnan amónny), teplo sa odoberá z okolia.
Výsledok → hrejivé vrecko exotermický dej, chladiaci obklad endotermický dej

Prečo je to dôležité: Vďaka exotermickým reakciám kúrime, varíme a poháňame autá. Endotermické reakcie využívame na chladenie a rastliny vďaka nim vyrábajú kyslík. Pochopenie tepelných zmien pomáha aj pri bezpečnosti — vieme, ktoré reakcie môžu popáliť alebo spôsobiť požiar.

Precvič si

1. Teplota stúpla z 20 °C na 28 °C. Vypočítaj zmenu teploty a urči typ reakcie.
2. Teplota klesla z 24 °C na 15 °C. Vypočítaj zmenu teploty a urči typ deja.
3. Je horenie sviečky exotermická alebo endotermická reakcia?
4. Chladiaci obklad mal po vybratí z lekárničky 25 °C, po stlačení 3 °C. Vypočítaj zmenu teploty.
5. Prečo je fotosyntéza endotermický dej?
6. Pokus A: 19 °C → 31 °C, pokus B: 19 °C → 26 °C (rovnaké množstvo zmesi). Ktorá reakcia uvoľnila viac tepla a o koľko stupňov sa líšia zmeny teploty?