Reazione endotermica

In termodinamica , le reazioni endotermiche sono indicate come processi fisici o chimici che consumano calore . Il calore è una forma disordinata di energia . In una reazione chimica endotermica, l'energia emessa dalla formazione di legami chimici nei prodotti di reazione è inferiore all'energia richiesta per rompere i legami nei reagenti .

Elenco dei fenomeni endotermici

Transizioni di fase (stato della materia) (vapore, solido, liquido);
- Transizioni da liquido a gas ( vaporizzazione ): per unità di massa, il calore totale necessario per il cambiamento di stato a una data pressione è chiamato calore latente di massa di vaporizzazione ;
- Transizioni da solido a liquido ( fusione ): per unità di massa, la totalità del calore necessario per il cambiamento di stato a una data pressione è chiamata calore latente di fusione di massa ;
- Transizioni da solido a gas ( sublimazione );
Rilassamento del gas
Alcune soluzioni di un soluto in un solvente;
Desorbimento di un gas;
Alcune reazioni di decomposizione chimica ;

Illustrazioni dei fenomeni endotermici sopra elencati

Espansione del gas:
- Congelamento di carburatori di motori a GPL , benzina e cherosene su aeroplani. Il fenomeno è legato ad una doppia endotermia localizzata: quella della parziale vaporizzazione del combustibile e quella della dilatazione nel collettore di aspirazione dell'aria comburente , legata alla caduta di pressione , principalmente alla filtrazione (soprattutto quando il filtro è polveroso, anche quando è freddo, anche in quota abbassando la pressione del vapore saturo del carburante) (questo è meno comune con un turbocompressore ) (i produttori spesso installano preriscaldatori termostatati sui piedi del carburatore) .
- Regolatori di congelamento : quelli per il gas di petrolio liquefatto ( propano , butano , ecc.), Quelli per i subacquei in zone polari, ecc.
Evaporazione :
- Fasi dei diagrammi di fase , che riguardano tutte le sostanze pure, le sostanze quasi pure e anche le leghe. L'esempio più comune di questi cuscinetti è quella di 100 ° C , l' isoterma di ebollizione del acqua alla pressione atmosferica . Infatti, nonostante il continuo apporto di calore, la temperatura dell'acqua riscaldata rimane quindi stabile. Ciò è dovuto alla natura endotermica della sua graduale evaporazione.
- Queste fasi termiche sono, ad esempio, la base per la cottura più semplice, pratica ed efficiente, la cottura in brodi . Questa praticità dell'isoterma a 100 ° C è la base primaria della cucina rustica in cucina.
- Un altro piccolo esempio per l'ebollizione dell'acqua, più elaborata e utilizzata nei processi, noti alla maggioranza intorno al 1960 , le pentole a pressione per i loro livelli molto pratici di 120 ° C (media di questi dispositivi) . Sono dispositivi ideali per, ad esempio: sterilizzazione a vapore , pastorizzazione , imbottigliamento di piatti pronti ecc.
- Cottura degli alimenti al forno: provocano molta evaporazione (quindi effetti endotermici che limitano la penetrazione del calore di cottura al cuore) , qui si trovano anche le regole di quasi proporzionalità dei tempi di cottura alle masse dei cibi cotti (compensazione per energia persa per evaporazione) .
- Wind chill : un'energia endotermica molto amplificata, accelerata dalla velocità del vento (questa velocità e la sua previsione sono necessarie, ad esempio in meteorologia, per l'alpinista) . Il principio di questa endotermia viene utilizzato nel funzionamento dello psicrometro , un dispositivo che misura l' umidità . La velocità della zona umida nell'aria permette di ottenere una differenza di temperatura dalla quale si ricava l'umidità in quest'aria.
- Raffreddamento fisiologico necessario durante lo sforzo (vento e massa) generato naturalmente e automaticamente dalla sudorazione . Esiste una vera e propria termoregolazione del corpo per evaporazione: il sudore . È molto efficace quando la persona non è coperta, tranne in caso di maltempo ( umidità molto alta ) . Quando la persona è coperta, non c'è evaporazione a diretto contatto con il corpo. L'efficienza della sudorazione diminuisce, provocando un gocciolamento di sudore con poca efficienza termica per il corpo.
- Raffreddamento molto brutale, utilizzato nella metallurgia per operazioni di tempra con acqua, olio (a volte viene utilizzato un getto d'aria).
- Raffreddamento di utensili di lavorazione ( tornio , fresatrice , smerigliatrice , trapano , pietre, ecc.): Infatti gli "oli da taglio" sono emulsioni acquose : acqua / grasso, un po 'come il sapone liquido.
- Raffreddare una bottiglia di acqua tiepida mentre è alla luce diretta del sole, se coperta con un panno umido.
- Un raffreddamento noto, complesso, apparentemente contraddittorio, ma molto evidente osservato entrando da un esterno molto freddo con scarpe o guanti bagnati, e anche peggio se congelato. Più sensibile quando la stanza è calda e secca.
- Allo stesso modo, e amplificato in un'auto con aria forzata sulle scarpe, a causa della velocità di quest'aria, per effetto di raffreddamento aeraulico. L'involucro termico di queste scarpe (all'interno) viene quindi abbassato improvvisamente di temperatura (e non alto, (prima di risalire molto più tardi)). Infatti il cambiamento di fase doppia nello spessore della scarpa (fusione e evaporazione) e nella periferia, provoca un brusco e molto doloroso raffreddamento a 0 ° C . Temperatura che cambierà solo molto lentamente. Spesso bisogna prendere in considerazione delle soluzioni, questo fenomeno è così doloroso: togliere queste vecchie scarpe, avvolgere i piedi in un asciugamano asciutto, cambiare calze e scarpe, in montagna, mettere le scorte in una borsa termica con stufa .
- È un fenomeno simile per i vasi di terracotta . Tendiamo, ovviamente, a usarli per proteggere temporaneamente una pianta dal gelo in giardino. L'idea è cattiva, la pianta muore quasi ogni volta. Il freddo interno è molto intenso, e anche peggio all'inizio dell'arrivo del sole. Infatti l'evaporazione dell'umidità, concentrata in questo materiale poroso, provoca un effetto di recinzione termica che concentra le frigorie.
- Indossare nuovamente un indumento bagnato dopo la pioggia, esponendosi al vento o uscendo al sole; o entrambi allo stesso tempo.
- Le maglie piene (che erano fino a metà XX ° secolo la standard) come burkini sono l'ideale per prendersi un raffreddore. La soluzione per chi non può mettere altro che un "completo (copertura)" per fare il bagno, è la muta isotermica .
Fusione :
- Fasi dei diagrammi di fase : il più comune è quello dell'acqua a 0 ° C , la cui media della massa d'acqua rimane prossima a questa isoterma fintanto che la massa complessiva non ha raggiunto lo stato solido (congelata nel ghiaccio) ; temperatura mantenuta nonostante il freddo esterno: esempio di laghi, mare −1,9 ° C per una salinità di 35 g / l . Esempio di auto parcheggiate che non sono state ripulite dalla neve e quindi rimangono isotermiche.
- Neve che si scioglie su un parabrezza caldo (soprattutto in caso di forti nevicate umide) . In questi casi la superficie di contatto è notevolmente aumentata. I fiocchi, che poi reagiscono per un "effetto spugna", mantengono una fase liquida nel fiocco. Al contrario, la superficie del cristallo è molto più piccola. Ciò provoca un grande flusso di raffreddamento attraverso il parabrezza, alimentato dall'endotermia della fusione. A riprova in questo caso specifico, la nebbia all'interno è molto difficile da rimuovere con una ventilazione calda. I canadesi non sono autorizzati a guidare con uno strato di neve vecchia sulla loro auto. Il regolamento impone loro di effettuare una pulizia preventiva prima della partenza, pena una multa.
- Lo scioglimento del ghiaccio e della neve sulle strade in inverno, soprattutto quando è causato dalla salatura . La salatura abbassa notevolmente la temperatura di fusione del ghiaccio (miscela eutettica ), ma aumenta anche le superfici di scambio. Per questo motivo queste operazioni di salatura devono essere evitate la sera, il raffreddamento notturno potrebbe amplificare il ricongelamento. La strada lisciviata e il suo sale rimosso, potrebbero quindi ricongelare, ad esempio catturando il vapore acqueo, riformando il ghiaccio ( chiamato nero ).
- Lo scongelamento dei tubi congelati è molto problematico. In alcuni casi molto comuni, un vero mal di testa, quando sono realizzati in PVC , PE o plastica PER , o anche quando sono rivestiti con un rivestimento o incorporati. Allo stesso modo, quando si tratta di valvole, rubinetti, valvole di ritegno che hanno guarnizioni fragili. Infatti la propagazione del calore necessario allo scongelamento può essere ostacolata anche da una conduttività termica molto limitata. L'effetto recinzione è lì anche per contrastare il disgelo.
Controesempio che si verifica a bassa temperatura, difficile da analizzare:
- Protezione primaverile degli alberi da frutto mediante aspersione da parte di professionisti. Infatti, il gelo dei fiori sradica un raccolto annuale in pochi secondi. I professionisti combattono con cura e automaticamente questi rischi annaffiandoli all'inizio del periodo di vegetazione e fioritura, durante i periodi di gelo . Spesso queste sequenze di congelamento molto brevi all'alba hanno un consumo di acqua piuttosto basso. Lo spurgo degli irrigatori automatici limita il rischio di rottura delle apparecchiature a causa del gelo. Queste solidificazioni dirette dell'acqua sui rami provocano l'assorbimento delle frigorie circostanti e mantengono la temperatura all'isoterma di glaciazione, 0 ° C , nel cuore di questi gambi di ghiaccio. La fase di avviamento può essere eseguita solo prima del passaggio fino a 0 ° C , perché l'irrorazione provoca prima un abbassamento di temperatura, soprattutto con tempo secco e ventoso (elevata evaporazione iniziale durante l'innalzamento dell'igrometria della massa d'aria). Questa tecnica richiede una strumentazione distribuita e molto affidabile, come nella nivologia artificiale , l' innevamento artificiale .

Reazione chimica endotermica

Il calore messo in gioco durante una reazione chimica condotta a temperatura e pressione costanti (senza assemblaggio elettrochimico della cella) corrisponde alla variazione della funzione di stato entalpico : ΔH. Questa differenza di energia, espressa in kilojoule per mole , può essere:

Positivo (endotermico);
Negativo (esotermico);
Nessuno (atermico).

Una reazione endotermica può essere scritta nella seguente forma:

Reagenti + Energia → Prodotti

Una reazione è endotermica quando i reagenti di partenza hanno legami chimici più forti di quelli dei prodotti formati: l'energia deve quindi essere assorbita dall'ambiente per creare i nuovi legami.

Durante una reazione chimica endotermica, i reagenti devono essere costantemente alimentati con energia affinché la reazione abbia luogo. L'energia termica messa in gioco durante una reazione endotermica è, per convenzione, considerata positiva per il sistema che la riceve.

Riferimenti

(in) " reazione endotermica " Compendium of Chemical Terminology [" Gold Book "], IUPAC 1997, versione corretta online (2006-), 2 ° ed.
(in) " reazione esotermica " Compendium of Chemical Terminology [" Gold Book "], IUPAC 1997, versione corretta online (2006-), 2 ° ed.