Kemiska reaktioner: Exoterma och endoterma reaktioner PDF

kemilektioner.se youtube.com/kemilektioner KEMISKA REAKTIONER: EXOTERMA OCH ENDOTERMA REAKTIONER NIKLAS DAHRÉN  Kemiska reaktioner ü Kemisk reaktion: En kemisk reaktion innebär att ett eller flera ämnen reagerar och bilda...

kemilektioner.se youtube.com/kemilektioner KEMISKA REAKTIONER: EXOTERMA OCH ENDOTERMA REAKTIONER NIKLAS DAHRÉN  Kemiska reaktioner ü Kemisk reaktion: En kemisk reaktion innebär att ett eller flera ämnen reagerar och bildar ett eller flera nya ämnen. T.ex. kan ämnena A och B bilda ämnena C och D enligt följande reaktion: A + B C + D Reaktanter Produkter ü Reaktanter och produkter: De ämnen som reagerar i en kemisk reaktion kallas för reaktanter och de ämnen som bildas kallas för produkter. ü Exempel på en kemisk reaktion: 2H2 + O2 2H2O Reaktanter Produkter I de flesta reaktioner bryts gamla bindningar samtidigt som nya bindningar skapas ü Gamla bindningar bryts: I kemiska reaktioner bryts i de flesta fall gamla bindningar. I exemplet med vätgas och syrgas bryts de gamla bindningarna mellan de båda väteatomerna i vätemolekylen och mellan de båda syreatomerna i syremolekylen. ü Nya bindningar skapas: I kemiska reaktioner skapas i de flesta fall nya bindningar. I exemplet med vätgas och syrgas skapas nya bindningar mellan väteatomer och syreatomer så att vattenmolekyler bildas. 2H2 + O2 2H2O Reaktanter Produkter  Bindningar och energi ü Att bryta bindningar kräver upptag av energi: ü När nya bindningar skapas avges energi: Exempel på kemiska reaktioner Källa: Av Daniele Pugliesi - Eget arbete, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20643389  Exoterma och endoterma reaktioner ü Exoterma reaktioner: Reaktioner som avger energi till omgivningen (framförallt värmeenergi men ofta även andra energiformer som t.ex. ljusenergi). 2H2 + O2 2H2O + Energi Reaktanter Produkter ü Endoterma reaktioner: Reaktioner som upptar energi från omgivningen (ofta värmeenergi och/eller andra energiformer som t.ex. ljusenergi). 2H2O + Energi 2H2 + O2 Reaktanter Produkter  Fasövergångar är exoterma eller endoterma processer (inte reaktioner!) ü Fasövergång: En fasövergång Plasma Fasövergångar är inte innebär att ett ämne byter kemiska reaktioner eftersom aggregationsform. Ämnet kan byta inga nya ämnen bildas. aggregationsform genom att Dejonisering Jonisering temperaturen och/eller trycket förändras. Förångning (kokning och avdunstning) ü Exempel på exoterm process: Gas Vätska Kondensation Vatten i vätskeform avger värme och blir till vatten i fast form (is). Sublimation/ Stelning / Smältning Desublimation / deposition sublimering frysning ü Exempel på endoterm process: Vatten i fast form (is) upptar värme och blir till vatten i vätskeform. Fast ämne  Entalpi ü Entalpi: Den energi som finns i en förening och som kan avges i samband med kemiska reaktioner kallas för entalpi. Under normala förhållanden (konstant tryck) avges denna energi främst i form av värmeenergi. Därför kallas entalpi ofta för ett ämnes "värmeinnehåll". ü Beteckning och enhet: Entalpi betecknas med H och har enheten Joule (J). ü Entalpiändring: Entalpiändringen i en kemisk reaktion (under konstant tryck) visar hur mycket energi som har avgetts eller tagits upp under reaktionen. Entalpiändringen betecknas ΔH. ΔH = H produkter - H reaktanter Hos exoterma reaktioner är entalpiändringen negativ eftersom energi avges ü Entalpiändringen i nedanstående reaktion är negativ vilket visar att reaktanterna innehåller mer energi jämfört med produkterna och att energi därmed har avgivits till omgivningen. C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH= -394 kJ Reaktanter med hög entalpi Produkt med låg entalpi ΔH = H produkter – H reaktanter Hos endoterma reaktioner är entalpiändringen positiv eftersom energi upptas ü Entalpiändringen i nedanstående reaktion är positiv vilket visar att produkterna innehåller mer energi jämfört med reaktanten och att energi därmed har upptagits från omgivningen. CaCO3(s) CaO(s) + CO2 ΔH= +178 kJ Reaktant med låg entalpi Produkter med hög entalpi ΔH = H produkter – H reaktanter Enkelt entalpidiagram för en exoterm reaktion Entalpi (energi) 2H2 + O2 Reaktanter Energi avges till Energi omgivningen 2H2O Produkter Tid ΔH = HP - HR = 0  Aktiveringsenergi ü Aktiveringsenergi: Den energi som behövs för att starta en kemisk reaktion kallas för ”aktiveringsenergi”. Alla reaktioner kräver någon form av aktiveringsenergi, det gäller både endoterma och exoterma reaktioner. Aktiveringsenergin består ofta av värme från omgivningen. För en del reaktioner räcker det med rumstemperatur för att kunna ske, medan andra reaktioner behöver extra värmetillförsel. ü Reaktanterna krockar med högre hastighet: Aktiveringsenergin (ofta värme) gör så att reaktanterna krockar med högre hastighet och/eller att bindningarna börjar vibrera kraftigt vilket får de gamla bindningarna att brytas lättare. När nya bindningar skapas frisätts energi till omgivningen. ü Kedjereaktion: Aktiveringsenergin startar igång de första reaktionerna men sedan är ofta övriga reaktioner ”självgående” eftersom varje reaktion frisätter värmeenergi som kan fortsätta driva övriga reaktioner. Det fungerar ungefär som en kedjereaktion. ü Exoterma reaktioner: Exoterma reaktioner kräver aktiveringsenergi för att starta men frisätter sedan ännu mer energi. ü Endoterma reaktioner: Endoterma reaktioner kräver hög aktiveringsenergi för att starta och frisätter sedan en mindre mängd energi.  Entalpidiagram (energidiagram) för en exoterm reaktion inkl. den aktiveringsenergi som krävs Entalpi (energi) Gamla bindningar bryts, nya Ene bindningar börjar skapas. 2H2 + O2 rgi Aktiverat När de nya bindningarna skapas frisätts energi komplex till omgivningen. I en exoterm reaktion frisätts Reaktanter mer energi när de nya bindningarna skapas än Energi vad som behövdes för att bryta de gamla Det krävs aktiveringsenergi från omgivningen bindningarna. för att skapa det aktiverade komplexet och bryta de gamla bindningarna i reaktanterna. 2H2O Produkter Tid ü Detta är ett mer komplext entalpidiagram över en exoterm reaktion, som även inkluderar den aktiveringsenergi som krävs för att reaktionen ska kunna ske. Exoterma reaktioner kräver aktiveringsenergi för att starta men frisätter sedan ännu mer energi. Nettot blir alltså att energi frisätts vid en exoterm reaktion. Entalpidiagram (energidiagram) för en endoterm reaktion inkl. den aktiveringsenergi som krävs Entalpi (energi) Gamla bindningar bryts, nya bindningar börjar skapas. I en endoterm reaktion krävs det mycket aktiveringsenergi gi 2H2 + O2 från omgivningen för att skapa Aktiverat Ener det aktiverade komplexet och komplex bryta de gamla bindningarna i reaktanterna. Energi Produkter 2H2O När de nya bindningarna skapas frisätts energi till omgivningen. I en endoterm reaktion frisätts mindre energi när de nya bindningarna skapas än vad som behövdes för att bryta de gamla bindningarna. Reaktanter Tid ü Detta är ett mer komplext entalpidiagram över en endoterm reaktion, som även inkluderar den aktiveringsenergi som krävs för att reaktionen ska kunna ske. Endoterma reaktioner kräver hög aktiveringsenergi för att starta och frisätter sedan en mindre mängd energi. Nettot blir alltså att energi upptas vid en endoterm reaktion.  Katalysatorer sänker aktiveringsenergin och påskyndar kemiska reaktioner Entalpi (energi) Aktiverat komplex 2H2O2 Aktiveringsenergi utan katalysator Reaktanter Aktiveringsenergi med katalysator 2H2O + O2 Produkter Tid ü Katalysatorernas funktion: Katalysatorer binder reaktanterna, låter dessa komma i kontakt med varandra på ett optimalt sätt (rätt vinkel etc.) och försvagar på olika sätt de gamla bindningarna. Det behövs därför inte lika mycket aktiveringsenergi för att uppnå det aktiverade komplexet och få reaktionen att ske. Man kan säga att katalysatorer är vägvisare som erbjuder en alternativ och lättare väg för reaktionen.  Olika katalysatorer ü Enzymer: I levande organismer finns det enzymer (en typ av proteiner) som fungerar som katalysatorer. Enzymer har en rad olika funktioner som t.ex. att bryta ner näringsämnen och producera energi från dessa. Enzymer bygger också upp cellerna. Vi är helt beroende av enzymer för att våra kroppar ska fungera! ü Metaller: Metaller kan användas som katalysatorer. Antingen används olika metallytor eller organiska molekyler med en metallatom inbyggd. Ett bra exempel är katalysatorn i bilar. Katalysatorn i en bil består av en metallyta som binder farliga ämnen från avgaserna. De gamla bindningarna bryts så att nya ofarliga ämnen kan bildas. Katalysatorn omvandlar kväveoxider till kväve och syre, kolmonoxid till koldioxid och kolväten till koldioxid och vanligt vatten. I en personbil är katalysatorn byggd av ädelmetaller som platina eller rodium. ü Starka syror: Syror avger protoner vilket kan starta olika kemiska reaktioner. Starka syror används som katalysatorer vid t.ex. tillverkning av estrar (doft- och luktämnen). ü Organokatalysatorer: Små organiska molekyler (t.ex. aminosyror) som fungerar som katalysatorer kallas för organokatalysatorer. Nobelpriset i kemi år 2021 gick till två forskare som har utvecklat metoden att framställa läkemedel och andra ämnen med hjälp av organokatalysatorer. En stor fördel är att dessa katalysatorer kan konstrueras så att man undviker att få s.k. spegelbildsisomerer (enantiomerer) av samma ämne (dessa är ofta ineffektiva och vissa kan även vara skadliga). Se gärna fler filmer på: kemilektioner.se youtube.com/kemilektioner