Матеріал параграфа допоможе вам:
з'ясувати, як класифікують реакції за їхнім тепловим ефектом;
зрозуміти причину теплового ефекту реакції; складати термохімічні рівняння.
Екзотермічні та ендотермічні реакції. Вам відомі реакції, які відбуваються з виділенням значної кількості теплоти. Це — реакції горіння. Їх використовували люди ще в далекі часи, обігріваючи свої домівки, готуючи їжу, спалюючи деревину, рослинні залишки, вугілля. Нині сфера застосування реакцій горіння значно розширилася. Їх здійснюють на теплоенергетичних підприємствах, металургійних заводах, у двигунах внутрішнього згоряння, при використанні вогнепальної зброї, під час запусків ракет і космічних кораблів, при створенні феєрверків (мал. 33).
Приклади реакцій горіння:
Мал. 33.
Використання реакцій горіння
Теплота виділяється не лише при горінні речовин, а й при змішуванні розчинів лугу та сильної кислоти (внаслідок реакції нейтралізації)
гасінні вапна
взаємодії металів з кислотами:
Реакції, під час яких теплота виділяється, часто відбуваються мимовільно. Щоправда, у деяких випадках їх треба ініціювати (наприклад, підпалити речовину).
Існують реакції, під час яких теплота поглинається. Серед них — реакції розкладу багатьох сполук (оксидів, гідроксидів, оксиге-новмісних солей, кристалогідратів):
Для того щоб такі реакції відбувалися, речовини нагрівають. Якщо нагрівання припинити, то припиняється й хімічне перетворення.
Реакції, під час яких теплота виділяється, називають екзотермічними1, а реакції, під час яких теплота поглинається, — ендотермічними2.
Тепловий ефект реакції. Виділення або поглинання теплоти під час хімічної реакції
називають тепловим ефектом реакції. З’ясуємо причину його виникнення.
Кожна речовина має власну внутрішню енергію. Вона складається з енергій усіх частинок речовини (атомів, молекул, йонів) й енергій хімічних зв’язків між ними. Виміряти внутрішню енергію речовини неможливо.
Під час реакції хімічні зв’язки між атомами або йонами в кожному реагенті руйнуються (на це енергія витрачається, вона поглинається речовиною) й утворюються нові хімічні зв’язки в продуктах реакції (при цьому енергія виділяється). Якщо виділяється більше енергії, ніж поглинається, то реакція є екзотермічною, а якщо навпаки — реакція є ендотермічною.
Для теплового ефекту реакції використовують позначення ДН (читається «дельта-аш»). У разі екзотермічної реакції ДН < 0, а ендотермічної реакції — ДН > 0. За необхідності тепловий ефект указують разом із хімічним рівнянням:
Запишіть у зошит хімічні рівняння, наведені на с. 90—91, і додайте до кожного рівняння позначення теплового ефекту.
Явище виділення або поглинання теплоти під час хімічної реакції узгоджується з принципом збереження енергії: енергія не виникає з нічого і не зникає безслідно, а лише перетворюється з одного виду на інший.
Термохімічне рівняння. Кількість теплоти, яка виділяється або поглинається внаслідок реакції, можна визначити експериментально,
наприклад за допомогою калориметра1 — пристрою, відомого вам з уроків фізики у 8 класі.
Хімічне рівняння із записом числового значення теплового ефекту реакції називають термохімічним рівнянням.
Приклади термохімічних рівнянь:
Перше рівняння свідчить про те, що під час розкладу 1 моль сульфатної кислоти з утворенням 1 моль сульфур^І) оксиду та 1 моль води поглинається 177 кДж теплоти.
Прокоментуйте друге термохімічне рівняння.
Чимало реакцій є оборотними. Так, кальцій карбонат під час нагрівання розкладається на кальцій оксид і вуглекислий газ (ендотермічна реакція)
а за звичайних умов ця сіль повільно утворюється при взаємодії оксидів (екзотермічна реакція):
Відповідну закономірність формулюють так: тепловий ефект хімічної реакції дорівнює тепловому ефекту зворотної реакції, але має протилежний знак.
Значення теплових ефектів багатьох хімічних реакцій наведені в довідниках.
ВИСНОВКИ
Усі хімічні перетворення відбуваються з певним тепловим ефектом. Реакції, під час яких виділяється теплота, називають екзотермічними, а реакції, під час яких поглинається теплота, — ендотермічними.
Хімічне рівняння із записом числового значення теплового ефекту реакції називають термохімічним рівнянням.
124. Що розуміють під тепловим ефектом хімічної реакції?
125. Як класифікують реакції залежно від їх теплового ефекту?
126. За дуже високої температури водяна пара розкладається на прості речовини. Як можна пояснити те, що відповідна хімічна реакція є ендотермічною?
127. При утворенні 1 моль хлороводню з простих речовин виділяється 92,2 кДж теплоти. Напишіть відповідне термохімічне рівняння.
128. Скориставшись термохімічним рівнянням N2 + 3H2 = 2NH3; АН = -92,4 кДж, напишіть термохімічне рівняння реакції розкладу амоніаку на прості речовини.
ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ
Калорійність харчових продуктів
Відомо, що їжа є джерелом речовин та елементів, необхідних для життя тварин і людини. Крім того, це — джерело енергії для живих істот. Реакції в організмі за участю речовин, спожитих із їжею, переважно екзотермічні; вони відбуваються з виділенням теплоти. Кількість енергії, що виділяється під час повного окиснення харчового продукту (умовно — його реакції з киснем, у результаті якої утворюються вуглекислий газ, вода, азот, деякі інші речовини), визначає калорійність продукту (мал. 34). Вивільнена теплова енергія потрібна живому організму для здійснення в ньому реакцій, що відбуваються з поглинанням теплоти, а також для підтримання постійної температури тіла.
Існують три основні групи поживних речовин у харчових продуктах: білки, жири та вуглеводи.
Найважливішими жирами є рослинні олії (соняшникова, кукурудзяна, оливкова та ін.), тваринні жири (сало, вершкове масло тощо), а вуглеводами — цукор і крохмаль. Найбільше теплоти виділяється під час окиснення жирів — у середньому 3900 кДж у перерахунку на 100 г жиру.
Білки і вуглеводи мають нижчу і майже однакову калорійність — приблизно 1700 кДж на 100 г речовини. Якщо олія складається
практично лише із жирів, цукор — чистий вуглевод (сахароза), то 100 %-ї білкової їжі не існує. Найбільше білків міститься в м'ясі, рибі, яйцях, сирі, горіхах (10—25 % від маси продукту). Білки — найцінніший «будівельний» матеріал для організму, а вуглеводи й особливо жири важливі як джерела енергії.
Добова енергетична потреба людини становить у середньому 12 000 кДж і залежить від її віку, статі, фізичного та розумового навантаження. Визначити, скільки людині потрібно споживати білків, жирів, вуглеводів, певних харчових продуктів, щоб забезпечити свій організм необхідною кількістю енергії, неважко. Складніше обрати необхідне для організму співвідношення, наприклад, тваринних і рослинних жирів. Відповідні рекомендації розробляють біологи, лікарі, дієтологи.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Попель, Крикля