11 Exotherme reactievoorbeelden: gedetailleerde uitleg

In dit artikel, "exotherme reactievoorbeelden", worden verschillende soorten voorbeelden en enkele numerieke problemen met oplossingen voor exotherme reacties kort besproken.

De voorbeelden zijn-

  1. Verbrandingsreactie
  2. Neutralisatie-reactie
  3. Corrosiereactie
  4. Kristallisatie van natriumacetaat of "Hot Ice"
  5. Een ijsblokje maken
  6. Kernsplijting van uranium (U-235)
  7. Ademhaling
  8. Vorming van ionenparen
  9. Reactie tussen water en calciumchloride
  10. Thermiet reactie
  11. Ontleding van groenten tot compost
  12. Oplossing van zwavelzuur en water

Wat is een exotherme reactie?

exotherme reactie wordt in de thermodynamica gedefinieerd als een type reactie waarbij energie vrijkomt in de vorm van warmte (soms in de vorm van licht, geluid of elektriciteit) van het systeem naar de omgeving.

Voor een exotherme reactie is de verandering van enthalpie (ΔH) negatief (minder dan nul).

voorbeelden van exotherme reacties
Energiediagram van een exotherme reactie.
Krediet van het beeld: Wikimedia Commons

Volg voor meer informatie: N2 polair of niet-polair: waarom, hoe, kenmerken en gedetailleerde feiten

Verbrandingsreactie

Verbrandingsreactie is een bekend voorbeeld van een exotherme reactie bij hoge temperatuur. Verbranding is in feite een redoxchemische reactie waarbij elke verbinding wordt geoxideerd in aanwezigheid van zuurstof uit de lucht en meestal worden geoxideerde gasvormige producten verkregen.

Evenwichtige vergelijking van methaanverbranding is hieronder geschreven-

CH4 + 22 = CO2 + 2H2O

Neutralisatie-reactie

Neutralisatiereactie is een type reactie waarbij zuur wordt geneutraliseerd door druppelsgewijs base toe te voegen. Dit is dus een type titratie. Na neutralisatie geen overtollig H+ of OH- ionen blijven ongereageerd in het reactiemedium.  

Voor een neutralisatie-reactie, verandering van enthalpie (ΔH) is altijd negatief.

HCl+NaOH = NaCl+ H2O

Ga voor meer informatie door: Is HBr ionisch of covalent: waarom? Hoe, kenmerken en gedetailleerde feiten

Corrosiereactie

Corrosie is een type van oxidatie reactie waarbij een gas dat zuurstof (lucht) bevat het oppervlak van een metaal aanvalt om een ​​oxide te vormen.

Het roesten van ijzer is een type corrosiereactie omdat tijdens het roesten ijzermetaal wordt geoxideerd door atmosferische zuurstof bij normale temperatuur in aanwezigheid van vocht.

4Fe + 3O2 +2xH2O = 2 Fe2O3.xH2O

Kristallisatie van natriumacetaat of "Hot Ice"

Vast natriumacetaattrihydraat verwarmt boven 330 K en de drie kristalwatermoleculen worden geëlimineerd en het watervrije kristal wordt opgelost in water.  Het kristal is volledig opgelost bij 352K. De hydratatiewarmte van natriumacetaattrihydraat (ΔHlengte) hoger is dan 40 kcal/mol, een endotherm proces. Dus, het omgekeerde proces, kristallisatie is een exotherm proces.

Een ijsblokje maken

Vorming van ijs uit water is een voorbeeld van faseverandering reactie. Tijdens deze faseverandering wordt een bepaalde hoeveelheid energie in de vorm van warmte afgegeven aan de omgeving. Water bevriest onder de 273K en verliest een bepaalde hoeveelheid energie in de vorm van warmte aan de omgeving om ijs te vormen. Als water van 273K bevriest en ijs vormt bij dezelfde temperatuur, dan is de hoeveelheid energie die vrijkomt gelijk aan de latente warmte (80cal/g).

Volg voor meer informatie: Peptidebinding versus disulfidebinding: vergelijkende analyse en feiten

Kernsplijting van uranium (U-235)

Kernsplijting genereert een grote hoeveelheid energie zoals bij kernsplijting massa wordt omgezet in energie volgens deze wet ΔE= Δm×c2. Bij de splijtingsreactie is het splitsen van een atoomkern in twee kleine samenstellende atomen door een neutron (0n1) aan te vallen. Het is ook een voorbeeld van ketting reactie zoals bij elke stap van kernsplijting neutronen wordt gegenereerd en dit nieuw genererende neutron kan een andere uraniumkern aanvallen.

beeld 112
Kernsplijting.
Krediet van het beeld: Wikimedia Commons

Ademhaling

aërobe en anaërobe ademhaling komt voor in mitochondriën in een cel en genereert warmte-energie om te helpen bij verschillende biologische activiteiten in levende organismen. Dus, in de lijst met exotherme reactie voorbeeld ademhaling moet worden opgenomen. 38 ATP- en 2 ATP-afgiftes per glucosemolecuul voor respectievelijk aerobe en anaerobe ademhaling. Bij aerobe ademhaling komt bijna 3000 KJ/mol energie vrij wanneer glucose (voedsel) wordt geoxideerd door zuurstof.

C6H12O6 + 62 = 6 CO2 + 6H2O+ Energie

Vorming van ionenparen

Vorming van ionenparen of ionassociatie wordt gedefinieerd als wanneer twee ionen met tegengestelde elektrische lading in een oplossing met elkaar in contact komen en een afzonderlijke chemische entiteit vormen. Deze positief en negatief geladen twee ionen komen met elkaar in contact als gevolg van de elektrostatische aantrekkingskracht tussen hen. Bij de vorming van deze afzonderlijke ionische entiteit wordt de hoeveelheid energie die vrijkomt en ΔH negatief.

Kijk voor meer informatie op: Vorming van peptidebindingen: hoe, waarom, waar, uitgebreide feiten eromheen

Reactie tussen water en calciumchloride

Het mengen van calciumchloride (CaCl2) met water levert een enorme hoeveelheid energie op en dus een voorbeeld van chemische exotherme reactie. Zoutzuur zuur en calciumoxide als product worden verkregen.

CaCl2 + H2O = Ca(OH)2 +HCl

Thermiet reactie

Reactie van ijzeroxide met aluminium wordt thermietreactie genoemd en het mengsel van deze twee verbindingen staat bekend als thermiet. Deze twee reactanten moeten in poedervorm zijn. Bij deze reactie komt over het algemeen een grote hoeveelheid energie vrij met aluminiumoxide, elementair ijzer en licht.

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3

Ontleding van groenten tot compost

Deze ontleding wordt uitgevoerd door microben en vereist een grotere hoeveelheid energie voor het verbreken van de chemische bindingen die in die groenten aanwezig zijn. Deze reactie verloopt ook via een exotherme route.

Oplossing van zwavelzuur en water

Zwavelzuur reageert onmiddellijk met water en het is een hoge exotherme reactie. Daarom wordt er geen water in de beker gegoten geconcentreerd zwavelzuur, maar wordt zwavelzuur langzaam in water toegevoegd. Nadat water aan zuur is toegevoegd, begint het te koken en bereikt de temperatuur binnen korte tijd een zeer hoge waarde.

Verschillende numerieke problemen bij exotherme reactie worden hieronder besproken-

1. Overweeg de reactie van watervorming. 2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g). De bindingsdissociatie-energie van HH-binding O=O-binding en OH-binding zijn respectievelijk 105 kcal/mol en 119 kcal/mol 110 kcal/mol. Bereken de hoeveelheid energie die wordt geabsorbeerd en vrijgegeven en geef dit aan als exotherme of endotherme reactie.

Antwoord: De evenwichtige vergelijking van watervorming is-

2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g).

Aan de kant van de reactanten is de totale energie van de reactanten =2 (H-H-binding) + 1 (O=O-binding) = {(2 ×105) + 119} kcal/mol = 329 kcal/mol

Aan productzijde totale energie bezeten door watermolecuul = 4 (OH-binding)

= (4×110) kcal/mol = 440 kcal/mol Enthalpieverandering (ΔH) = enthalpie verbroken binding – enthalpie vorming binding = (329-440) kcal/mol. = -111 kcal/mol

Het is dus een exotherme reactie (enthalpieverandering negatief).

2. Bereken de vrijgekomen energie in de volgende kernsplijtingsreactie- 238U = 95Zr + 140 Xe + 3n.

De atoommassa van 238U= 238.050784 am, 95Sr = 94.919388 amu, 140Xe = 139.921610 amu en massa van neutronen (0n1) = 1.008665 am.

Antwoord: Massa van de producten = {94.919388 + 139.921610 + (3×1.008665)} amu = 237.866993 amu. Massa van de reactant = 238.050784 amu Massadefect = (238.050784 – 237.866993) amu = 0.183791 amu. Energie die vrijkomt als gevolg van massadefect = Δm×c2 = 171.20 MeV.

3. Bereken del H voor de reactie-2NO2 (g) = N2 (g) + 2O2 (G)

De enthalpie verandert voor de onderstaande reactie-

2NO (g) = N2 (g) + O2 (g) ΔH = -180.5 KJ NEE2 (g) = NEE (g) + (1/2) O2 ΔH = 57.06 KJ

Antwoord: 2NO (g) = N2 (g) + O2 (g)                                                                                                                                      (2nd reactie× 2) NEE2 (g) = NEE (g) + (1/2) O2

Resulterende vergelijking is = 2NO2 (g) = N2 (g) + 2O2 (g) De enthalpieverandering van deze reactie is dus (ΔH) = {-180.5 + (2×57.06)} KJ = -66.38 KJ.

Veel gestelde vragen (FAQ)

Hoe kan de snelheid van een exotherme reactie worden verhoogd?

Antwoord: Exotherme of endotherme reactie hangt af van de temperatuur. Indien de temperatuur van het reactiemedium wordt verhoogd, zal de mate van exotherme reactie toenemen.

Wat is het verschil tussen een exotherme en een endotherme reactie?

Endotherme reactieexotherme reactie
Endotherme reactie absorbeert energieBij exotherme reactie komt energie vrij.
Verandering van enthalpie (ΔH) is positief.Verandering van enthalpie (ΔH) is negatief.
Verlaging van de temperatuur verhoogt de snelheid van de reactieVerhoging van de temperatuur bevordert de voorwaartse reactie.

Wat is de verandering van entropie voor een exotherme reactie?

 Antwoord: Voor een exotherme reactie neemt de entropie van de omgeving altijd toe naarmate er energie vrijkomt van het systeem naar de omgeving.

Lees ook: