- 吸熱反応の特徴
- ΔH> 0
- 彼らは周囲を冷やす
- 方程式
- 一般的な吸熱反応の例
- ドライアイス蒸発
- パンを焼いたり料理を調理したりする
- 日光浴
- 大気中の窒素とオゾン形成の反応
- 水の電気分解
- 光合成
- いくつかの塩の溶液
- 熱分解
- 水中の塩化アンモニウム
- 三硫酸ナトリウム
- 車のエンジン
- 沸騰液体
- 卵を調理する
- フードクッキング
- 電子レンジで食品を加熱
- ガラス成形
- ろうそくの消費
- 温水洗浄
- 食品およびその他の物体の加熱殺菌
- 熱で感染症と戦う
- 水の蒸発
- 参考文献
吸熱反応は、その周囲から、熱や放射線の形で、エネルギーを吸収しなければならない場所を取るためのものです。常にというわけではありませんが、一般に、周囲の気温の低下によって認識できます。または逆に、炎を燃やすことによって得られるような熱源が必要です。
エネルギーまたは熱の吸収は、すべての吸熱反応に共通するものです。それらの性質、および関連する変換は非常に多様です。彼らはどのくらいの熱を吸収すべきですか？答えは、その熱力学に依存します。つまり、反応が自然に発生する温度です。
溶ける氷の鍾乳石。出典：Pixabay
たとえば、最も象徴的な吸熱反応の1つは、氷から液体の水への状態の変化です。氷は、その温度が約0℃に達するまで熱を吸収する必要があります。その温度では、その溶解は自然に起こり、完全に溶けるまで氷は吸収されます。
ビーチの海岸などの暑い場所では、気温が高くなるため、氷がより早く熱を吸収します。つまり、より早く溶けます。氷河の融解は、望ましくない吸熱反応の例です。
なぜこのようになるのですか？氷が熱い固体として表示されないのはなぜですか？答えは、両方の状態における水分子の平均運動エネルギーと、それらが水素結合を介して互いに相互作用する方法にあります。
液体の水中では、その分子は氷の中でよりも運動の自由度が高く、氷の中で振動して静止します。分子が動くためには、分子の振動が氷の強い方向性水素結合を壊すような方法で、分子がエネルギーを吸収する必要があります。
このため、氷は熱を吸収して溶けます。「ホットアイス」が存在するためには、水素結合が0℃をはるかに超える温度で溶けるために異常に強い必要があります。
吸熱反応の特徴
状態の変化は適切に化学反応ではありません。ただし、同じことが起こります。生成物（液体の水）は、反応物（氷）よりもエネルギーが高くなります。これが吸熱反応または吸熱プロセスの主な特徴です。生成物は反応物よりもエネルギーが高くなります。
これは事実ですが、製品が必ずしも不安定である必要があるという意味ではありません。それがそうである場合、吸熱反応は、温度または圧力のすべての条件の下で自然発生しなくなります。
次の化学式を考えてみましょう：
A + Q => B
Qは熱を表し、通常はジュール（J）またはカロリー（cal）の単位で表されます。Aは熱Qを吸収してBに変換するため、吸熱反応であると言われます。したがって、BはAよりも多くのエネルギーを持ち、その変換を達成するために十分なエネルギーを吸収する必要があります。
AとBの吸熱反応図。出典：GabrielBolívar
上の図からわかるように、AのエネルギーはBよりも少なくなります。Aが吸収する熱量Qは、活性化エネルギー（紫色の点線の頂点に到達するために必要なエネルギー）を克服する量です。AとBのエネルギーの差は、反応のエンタルピーΔHとして知られています。
ΔH> 0
生成物は反応物よりもエネルギーが高いため、すべての吸熱反応には上記の図が共通しています。したがって、それらの間のエネルギー差ΔHは常に正です（H Product -H Reactive > 0）。これは本当であるので、このエネルギー需要を供給するために、周囲から熱またはエネルギーを吸収する必要があります。
そして、そのような表現はどのように解釈されますか？化学反応では、結合は常に切断されて新しい結合が作成されます。それらを破壊するには、エネルギーの吸収が必要です。つまり、吸熱ステップです。一方、結合の形成は安定性を意味するため、発熱ステップです。
形成された結合が、古い結合を破壊するのに必要なエネルギー量に匹敵する安定性を提供しない場合、それは吸熱反応です。これが、反応物中の最も安定した結合の切断を促進するために追加のエネルギーが必要な理由です。
一方、発熱反応では反対のことが起こります。熱が放出され、ΔHが1未満（負）です。ここでは、生成物は反応物よりも安定しており、AとBの間の図が形を変えます。現在、BはAの下にあり、活性化エネルギーは低くなっています。
彼らは周囲を冷やす
それはすべての吸熱反応に当てはまるわけではありませんが、それらのいくつかは周囲の温度の低下を引き起こします。これは、吸収された熱がどこかから来るためです。したがって、AとBの変換がコンテナー内で行われると、冷却されます。
反応がより吸熱性であるほど、コンテナとその周囲はより低温になります。実際、一部の反応は、まるで冷蔵庫から出てきたかのように、氷の薄い層を形成することさえできます。
しかし、周囲を冷やすことのないこのタイプの反応があります。どうして？周囲の熱が足りないから つまり、化学式で記述された必要なQ（J、cal）を提供しません。したがって、これは火災または紫外線が入るときです。
2つのシナリオの間で少し混乱が生じる可能性があります。一方で、周囲からの熱は反応が自然に進行するのに十分であり、冷却が観察されます。他方では、より多くの熱が必要であり、効率的な加熱方法が使用されます。どちらの場合も同じことが起こります。エネルギーが吸収されます。
方程式
吸熱反応に関連する方程式は何ですか？すでに説明したように、ΔHは正でなければなりません。これを計算するには、まず次の化学方程式を考慮します。
aA + bB => cC + dD
ここで、AとBは反応物で、CとDは生成物です。小文字（a、b、c、d）は化学量論係数です。この一般的な反応のΔHを計算するには、次の数式を適用します。
ΔH 製品 -ΔH 試薬 = ΔHrxn
直接続行することも、個別に計算を行うこともできます。ΔH 製品の場合、次の合計を計算する必要があります。
CΔH F C + DΔH F D
どこΔH fは反応に関与し、各物質の生成エンタルピーです。慣例により、彼らの最も安定したフォーム中の物質は、ΔH持っF = 0。例えば、Oの分子2及びH 2、または固体金属は、ΔHを有するF = 0。
同じ計算は、現在の反応物、ΔHのために行われている試薬：
ΔH F A + BΔH F B
しかし、方程式はΔH 試薬をΔH プロダクトから差し引く必要があることを示しているため、上記の合計に-1を掛ける必要があります。だからあなたは持っています：
ΔHC F C + DΔH F（ΔH - D F A + BΔH F B）
この計算の結果が正の数の場合、それは吸熱反応です。そして、それが負の場合、それは発熱反応です。
一般的な吸熱反応の例
ドライアイス蒸発
ドライアイス。出典：Wikimedia CommonsのNevit
アイスクリームのカートから発せられるそれらの白い煙を見たことがある人は誰でも、吸熱「反応」の最も一般的な例の1つを目撃しました。
一部のアイスクリームを超えて、ドライアイスと呼ばれる白い固形物から放出されるこれらの蒸気は、ヘイズ効果を作成するシナリオの一部にもなっています。このドライアイスは、温度と外部圧力を吸収すると昇華し始める固体二酸化炭素にすぎません。
子供の観客のための実験は、ドライアイスでバッグを満たし、密封することです。しばらくすると、ガス状のCO 2によって膨張し、仕事が発生したり、バッグの内壁が大気圧に押し付けられたりします。
パンを焼いたり料理を調理したりする
焼きたてのパン。出典：Pixabay
熱による化学変化があるので、パンを焼くのは化学反応の例です。焼きたてのパンの香りを嗅いだ人なら誰でも、吸熱反応が起こっていることを知っています。
生地とそのすべての成分は、パンになり、その典型的な特性を発揮するために不可欠なすべての変換を行うためにオーブンの熱を必要とします。
パンに加えて、キッチンには吸熱反応の例がたくさんあります。料理をする人は誰でも毎日彼らと取引します。パスタの調理、穀粒の軟化、トウモロコシの穀粒の加熱、卵の調理、肉の調味料、ケーキの焼き方、お茶の製造、サンドイッチの加熱。これらの各活動は吸熱反応です。
日光浴
日光浴をしているカメ。出典：Pixabay
見た目と同じくらい単純で一般的ですが、カメやワニなどの特定の爬虫類が日光浴をすることは、吸熱反応のカテゴリーに分類されます。カメは太陽から熱を吸収して体温を調節します。
太陽がなければ、彼らは水の熱を保って暖かく保ちます。それはあなたの池や水槽の水を冷やすことで終わります。
大気中の窒素とオゾン形成の反応
ライトニング。出典：Pixabay
空気は主に窒素と酸素で構成されています。雷雨の間、そのようなエネルギーが放出されて、N 2分子内の窒素原子をまとめて保持する強力な結合を破壊する可能性があります。
N 2 + O 2 + Q => 2NO
一方、酸素は紫外線を吸収してオゾンになります。成層圏で非常に有益ですが、地上レベルでの生活に有害な酸素の同素体。反応は次のとおりです。
3O 2 + v => 2O 3
ここで、vは紫外線を意味します。その単純な方程式の背後にあるメカニズムは非常に複雑です。
水の電気分解
電気分解は、電気エネルギーを使用して、分子をその形成要素または分子に分離します。たとえば、水の電気分解では、水素と酸素の2つのガスが生成され、それぞれが異なる電極に存在します。
2H 2 O => 2H 2 + O 2
また、塩化ナトリウムはこれと同じ反応をすることができます：
2NaCl => 2Na + Cl 2
一方の電極では金属ナトリウムの形成が見られ、もう一方の電極では緑がかった塩素の泡が見えます。
光合成
植物や樹木は、生体材料を合成するためのエネルギー供給として太陽光を吸収する必要があります。このため、CO 2と水を原料として使用し、長い一連のステップを経て、グルコースやその他の糖に変換されます。さらに、葉から放出される酸素が形成されます。
いくつかの塩の溶液
塩化ナトリウムが水に溶解している場合、ガラスまたは容器の外部温度に大きな変化は見られません。
塩化カルシウム、CaCl 2などの一部の塩は、Ca 2+イオンの大きな水和の結果として水の温度を上昇させます。また、硝酸アンモニウムまたは塩化アンモニウム、NH 4 NO 3およびNH 4 Cl などの他の塩は、水の温度を下げ、その周囲を冷却します。
教室では、これらの塩のいくつかを溶解して吸熱反応が何であるかを示すことにより、家庭での実験がよく行われます。
温度の低下は、NH 4 +イオンの水和が、それらの塩の結晶配置の溶解に対して好都合ではないという事実によるものです。その結果、塩は水から熱を吸収して、イオンを溶媒和させます。
これを示すために通常非常に一般的である別の化学反応は次の通りです：
Ba（OH）2 8H 2 O + 2NH 4 NO 3 =>のBa（NO 3）2 + 2NH 3 + 10H 2 O
形成された水の量に注意してください。両方の固体を混合すると、アンモニア臭があり、温度が低下して文字通りに容器の外面が凍結する、Ba（NO 3）2の水溶液が得られます。
熱分解
最も一般的な熱分解の1つは、重炭酸ナトリウムNaHCO 3の分解であり、加熱するとCO 2と水が生成されます。炭酸塩を含む多くの固体は、多くの場合、分解してCO 2および対応する酸化物を放出します。たとえば、炭酸カルシウムの分解は次のとおりです。
CaCO 3 + Q => CaO + CO 2
炭酸マグネシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウムについても同様です。
熱分解は燃焼とは異なることに注意することが重要です。前者では発火や熱の放出はありませんが、後者では発生します。つまり、燃焼は、初期の熱源が自然に発生または発生する必要がある場合でも、発熱反応です。
水中の塩化アンモニウム
少量の塩化アンモニウム（NH4Cl）がテストチューブ内の水に溶解すると、チューブは以前よりも低温になります。この化学反応の間、熱は環境から吸収されます。
三硫酸ナトリウム
一般にハイポと呼ばれるチオ硫酸ナトリウム（Na 2 S 2 O 3 .5H 2 O）の結晶が水に溶解すると、冷却効果が発生します。
車のエンジン
車、トラック、トラクター、バスのエンジンでガソリンやディーゼルを燃やすと、機械エネルギーが発生し、これらの車両の循環に使用されます。
沸騰液体
液体を加熱することにより、エネルギーを得て気体状態になります。
卵を調理する
熱が加えられると、卵タンパク質が変性し、通常摂取される固体構造を形成します。
フードクッキング
一般に、食品の性質を変えるために熱で調理するときは常に、吸熱反応が発生しています。
これらの反応は、食品をより柔らかくし、可鍛性のある塊を生成し、とりわけそれらに含まれる成分を放出させるものです。
電子レンジで食品を加熱
マイクロ波放射により、食品中の水分子がエネルギーを吸収し、振動し始め、食品の温度が上昇します。
ガラス成形
ガラスが熱を吸収することで接合部が柔軟になり、形状が変化しやすくなります。
ろうそくの消費
キャンドルワックスは炎の熱を吸収して溶け、形を変えます。
温水洗浄
ポットや衣類など、グリースで汚れたものをお湯で洗うと、グリースが薄くなり、取り除きやすくなります。
食品およびその他の物体の加熱殺菌
物体や食品を加熱すると、それらに含まれる微生物も温度を上昇させます。
大量の熱が供給されると、微生物細胞内で反応が起こります。結合の切断やタンパク質の変性など、これらの反応の多くは微生物を殺してしまいます。
熱で感染症と戦う
発熱すると、感染や病気の原因となる細菌やウイルスを殺すのに必要な熱が体内で発生するためです。
発生する熱が高く、熱が高い場合は、体の細胞も影響を受け、死亡する危険性があります。
水の蒸発
水が蒸発して蒸気になるとき、それは環境から受ける熱によるものです。熱エネルギーが各水分子によって受け取られると、その振動エネルギーは自由に移動できるポイントまで増加し、蒸気を生成します。
参考文献
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