REAKSI ENDOTERMIK: KARAKTERISTIK, PERSAMAAN DAN CONTOH - KIMIA - 2025

Sebuah reaksi endotermik adalah salah satu yang mengambil tempat harus menyerap energi, dalam bentuk panas atau radiasi, dari lingkungannya. Secara umum, tetapi tidak selalu, mereka dapat dikenali dari penurunan suhu di sekitar mereka; atau sebaliknya, mereka membutuhkan sumber panas, seperti yang diperoleh dari nyala api.

Penyerapan energi atau panas adalah persamaan yang dimiliki semua reaksi endotermik; sifatnya, serta transformasi yang terlibat, sangat beragam. Berapa banyak panas yang harus mereka serap? Jawabannya bergantung pada termodinamika: suhu di mana reaksi terjadi secara spontan.

Stalaktit es yang mencair. Sumber: Pixabay

Sebagai contoh, salah satu reaksi endotermik paling simbolik adalah perubahan keadaan dari es menjadi air cair. Es perlu menyerap panas hingga suhunya mencapai kira-kira 0ºC; pada suhu itu pencairannya menjadi spontan, dan es akan terserap hingga mencair seluruhnya.

Di tempat yang panas, seperti di tepi pantai, suhu lebih tinggi dan oleh karena itu es lebih cepat menyerap panas; artinya, meleleh lebih cepat. Mencairnya gletser adalah contoh reaksi endotermik yang tidak diinginkan.

Mengapa bisa terjadi seperti ini? Mengapa es tidak tampak sebagai padatan panas? Jawabannya terletak pada energi kinetik rata-rata molekul air di kedua keadaan, dan bagaimana mereka berinteraksi satu sama lain melalui ikatan hidrogennya.

Dalam air cair, molekulnya memiliki kebebasan bergerak yang lebih besar daripada di es, di mana mereka bergetar diam dalam kristalnya. Untuk bergerak, molekul harus menyerap energi sedemikian rupa sehingga getarannya memutus ikatan hidrogen terarah yang kuat di dalam es.

Untuk alasan ini, es menyerap panas hingga mencair. Agar "es panas" ada, ikatan hidrogen harus sangat kuat agar bisa mencair pada suhu di atas 0ºC.

Karakteristik reaksi endotermik

Perubahan keadaan bukanlah reaksi kimia yang tepat; Namun, hal yang sama terjadi: produk (air cair) memiliki energi lebih tinggi daripada reaktan (es). Ini adalah karakteristik utama dari reaksi atau proses endotermik: produk lebih energik daripada reaktan.

Meskipun ini benar, itu tidak berarti bahwa produk harus selalu tidak stabil. Dalam kasus ini, reaksi endotermik berhenti menjadi spontan di bawah semua kondisi suhu atau tekanan.

Perhatikan persamaan kimia berikut:

A + Q => B

Dimana Q melambangkan kalor, biasanya dinyatakan dalam satuan joule (J) atau kalori (kal). Ketika A menyerap panas Q untuk berubah menjadi B, dikatakan bahwa itu adalah reaksi endotermik. Jadi, B memiliki lebih banyak energi daripada A, dan harus menyerap energi yang cukup untuk mencapai transformasinya.

Diagram reaksi endotermik untuk A dan B. Sumber: Gabriel Bolívar

Seperti dapat dilihat pada diagram di atas, A memiliki energi yang lebih sedikit daripada B. Jumlah panas Q yang diserap oleh A sedemikian rupa sehingga dapat mengatasi energi aktivasi (energi yang dibutuhkan untuk mencapai puncak berwarna ungu dengan atap bertitik). Perbedaan energi antara A dan B inilah yang dikenal sebagai entalpi reaksi, ΔH.

ΔH> 0

Semua reaksi endotermik memiliki kesamaan diagram di atas, karena produknya lebih energik daripada reaktan. Oleh karena itu, perbedaan energi di antara keduanya, ΔH, selalu positif ( _Produk H -H _Reaktif > 0). Karena hal ini benar, harus ada penyerapan panas atau energi dari lingkungan sekitar untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut.

Dan bagaimana ekspresi seperti itu ditafsirkan? Dalam reaksi kimia, ikatan selalu diputuskan untuk membuat ikatan baru. Untuk memecahnya, diperlukan penyerapan energi; artinya, ini adalah langkah endotermik. Sedangkan pembentukan ikatan mengandung arti stabilitas, sehingga merupakan tahapan eksotermik.

Ketika ikatan yang terbentuk tidak memberikan stabilitas yang sebanding dengan jumlah energi yang dibutuhkan untuk memutus ikatan lama, itu adalah reaksi endotermik. Inilah mengapa energi tambahan diperlukan untuk mendorong pemutusan ikatan paling stabil dalam reaktan.

Di sisi lain, dalam reaksi eksotermik terjadi sebaliknya: panas dilepaskan, dan ΔH <1 (negatif). Di sini produk lebih stabil daripada reaktan, dan diagram antara A dan B berubah bentuk; sekarang B di bawah A, dan energi aktivasi lebih rendah.

Mereka mendinginkan lingkungan mereka

Meskipun tidak berlaku untuk semua reaksi endotermik, beberapa di antaranya menyebabkan penurunan suhu di sekitarnya. Ini karena panas yang diserap berasal dari suatu tempat. Akibatnya, jika konversi A dan B terjadi di dalam wadah, itu akan menjadi dingin.

Semakin endotermik reaksinya, semakin dingin wadah dan sekitarnya. Bahkan, beberapa reaksi bahkan mampu membentuk lapisan es tipis, seolah-olah keluar dari lemari es.

Namun, ada reaksi jenis ini yang tidak mendinginkan lingkungannya. Mengapa? Karena panas di sekitarnya tidak mencukupi; artinya, ia tidak menyediakan Q (J, cal) yang diperlukan yang tertulis dalam persamaan kimia. Oleh karena itu, inilah saat api atau radiasi UV masuk.

Sedikit kebingungan mungkin muncul di antara kedua skenario tersebut. Di satu sisi, panas dari lingkungan cukup untuk reaksi berlangsung secara spontan, dan pendinginan diamati; dan di sisi lain, dibutuhkan lebih banyak panas dan metode pemanasan yang efisien digunakan. Dalam kedua kasus tersebut hal yang sama terjadi: energi diserap.

Persamaan

Apa persamaan yang relevan dalam reaksi endotermik? Seperti yang sudah dijelaskan, ΔH harus positif. Untuk menghitungnya, terlebih dahulu dipertimbangkan persamaan kimia berikut:

aA + bB => cC + dD

Dimana A dan B adalah reaktan, dan C dan D adalah produknya. Huruf kecil (a, b, c dan d) adalah koefisien stoikiometri. Untuk menghitung ΔH reaksi generik ini, digunakan ekspresi matematika berikut:

_Produk ΔH - ΔH _Reagen = ΔH _rxn

Anda dapat melanjutkan secara langsung, atau melakukan perhitungan secara terpisah. Untuk _Produk ΔH , jumlah berikut harus dihitung:

c ΔH _f C + d ΔH _f D

Dimana ΔH _f adalah entalpi pembentukan setiap zat yang terlibat dalam reaksi. Sesuai kesepakatan, zat dalam bentuk paling stabilnya memiliki ΔH _f = 0. Misalnya, molekul O ₂ dan H ₂ , atau logam padat, memiliki ΔH _f = 0.

Perhitungan yang sama sekarang dilakukan untuk reaktan, ΔH _Reagen :

a ΔH _f A + b ΔH _f B

Tetapi karena persamaan mengatakan bahwa H _Reagen harus dikurangi dari ΔH _Products , maka jumlah di atas harus dikalikan dengan -1. Jadi kamu punya:

c ΔH _f C + d ΔH _f D - (a ΔH _f A + b ΔH _f B)

Jika hasil perhitungan ini bilangan positif, maka itu adalah reaksi endotermik. Dan jika negatif, itu adalah reaksi eksotermik.

Contoh reaksi endotermik yang umum

Penguapan es kering

Es kering. Sumber: Nevit, dari Wikimedia Commons

Siapapun yang pernah melihat asap putih yang keluar dari gerobak es krim telah menyaksikan salah satu contoh paling umum dari "reaksi" endotermik.

Di luar beberapa es krim, uap yang dilepaskan dari padatan putih, yang disebut es kering, juga menjadi bagian dari skenario untuk menciptakan efek kabut. Es kering ini tidak lebih dari karbon dioksida padat, yang ketika suhu menyerap dan tekanan eksternal mulai menyublim.

Eksperimen untuk audiens anak-anak adalah mengisi dan menyegel kantong dengan es kering. Setelah beberapa saat, tas akan membengkak karena gas CO ₂ , yang menghasilkan kerja atau menekan dinding bagian dalam tas terhadap tekanan atmosfer.

Memanggang roti atau memasak makanan

Roti yang dipanggang. Sumber: Pixabay

Memanggang roti adalah salah satu contoh reaksi kimia, karena sekarang ini terjadi perubahan kimiawi akibat panas. Siapapun yang mencium aroma roti yang baru dipanggang tahu bahwa reaksi endotermik sedang terjadi.

Adonan dan semua bahannya membutuhkan panas dari oven untuk melakukan semua transformasi, penting untuk menjadi roti dan menunjukkan ciri khasnya.

Selain roti, dapur penuh dengan contoh reaksi endotermik. Siapapun yang memasak berurusan dengan mereka setiap hari. Memasak pasta, melembutkan biji jagung, memanaskan biji jagung, memasak telur, membumbui daging, memanggang kue, menyiapkan teh, memanaskan sandwich; masing-masing aktivitas ini merupakan reaksi endotermik.

Berjemur

Kura-kura mandi matahari. Sumber: Pixabay

Sesederhana dan sesering kelihatannya, berjemur yang dilakukan oleh reptil tertentu, seperti kura-kura dan buaya, termasuk dalam kategori reaksi endotermik. Kura-kura menyerap panas matahari untuk mengatur suhu tubuhnya.

Tanpa matahari, mereka mempertahankan panas air agar tetap hangat; yang berakhir dengan mendinginkan air di kolam atau tangki ikan Anda.

Reaksi nitrogen atmosfer dan pembentukan ozon

Petir. Sumber: Pixabay

Udara terutama terdiri dari nitrogen dan oksigen. Selama badai listrik, energi semacam itu dilepaskan sehingga dapat memutus ikatan kuat yang menahan atom nitrogen dalam molekul N ₂ :

N ₂ + O ₂ + Q => 2NO

Di sisi lain, oksigen dapat menyerap radiasi ultraviolet menjadi ozon; alotrop oksigen yang sangat bermanfaat di stratosfer, tetapi merugikan kehidupan di permukaan tanah. Reaksinya adalah:

3O ₂ + v => 2O ₃

Dimana v berarti radiasi ultraviolet. Mekanisme di balik persamaan sederhana itu sangat kompleks.

Elektrolisis air

Elektrolisis menggunakan energi listrik untuk memisahkan molekul menjadi elemen atau molekul pembentuknya. Misalnya, dalam elektrolisis air, dua gas dihasilkan: hidrogen dan oksigen, masing-masing dalam elektroda yang berbeda:

2H ₂ O => 2H ₂ + O ₂

Selain itu, natrium klorida dapat mengalami reaksi yang sama:

2NaCl => 2Na + Cl ₂

Di satu elektroda Anda akan melihat pembentukan logam natrium, dan di elektroda lainnya, gelembung klorin kehijauan.

Fotosintesis

Tanaman dan pohon perlu menyerap sinar matahari sebagai pasokan energi untuk mensintesis biomaterialnya. Untuk ini, ia menggunakan CO ₂ dan air sebagai bahan mentah , yang melalui serangkaian langkah panjang, diubah menjadi glukosa dan gula lainnya. Selain itu, oksigen terbentuk, yang dilepaskan dari daun.

Solusi dari beberapa garam

Jika natrium klorida larut dalam air, tidak ada perubahan berarti yang akan terlihat pada suhu eksternal gelas atau wadah.

Beberapa garam, seperti kalsium klorida, CaCl ₂ , meningkatkan suhu air sebagai hasil dari hidrasi ion Ca ²⁺ . Dan garam lainnya, seperti amonium nitrat atau klorida, NH ₄ NO ₃ dan NH ₄ Cl, menurunkan suhu air dan mendinginkan sekitarnya.

Di ruang kelas, percobaan di rumah sering dilakukan dengan melarutkan sebagian garam ini untuk menunjukkan apa itu reaksi endotermik.

Penurunan suhu disebabkan oleh fakta bahwa hidrasi ion NH ₄ ⁺ tidak disukai terhadap pelarutan susunan kristal garamnya. Akibatnya, garam menyerap panas dari air untuk memungkinkan ion terlarut.

Reaksi kimia lain yang biasanya sangat umum untuk menunjukkan hal ini adalah sebagai berikut:

Ba (OH) ₂ 8H ₂ O + 2NH ₄ NO ₃ => Ba (NO ₃ ) ₂ + 2NH ₃ + 10H ₂ O

Perhatikan jumlah air yang terbentuk. Ketika kedua padatan dicampur, _diperoleh larutan berair Ba (NO ₃ ) ₂ , dengan bau amonia, dan dengan penurunan suhu sehingga secara harfiah membekukan permukaan luar wadah.

Dekomposisi termal

Salah satu dekomposisi termal yang paling umum adalah natrium bikarbonat, NaHCO ₃ , menghasilkan CO ₂ dan air saat dipanaskan. Banyak padatan, termasuk karbonat, sering terurai untuk melepaskan CO ₂ dan oksida yang sesuai. Misalnya, penguraian kalsium karbonat adalah sebagai berikut:

CaCO ₃ + Q => CaO + CO ₂

Hal yang sama berlaku untuk magnesium, strontium, dan barium karbonat.

Penting untuk dicatat bahwa dekomposisi termal berbeda dengan pembakaran. Di bagian pertama tidak ada pengapian atau panas dilepaskan, sedangkan di bagian kedua ada; Artinya, pembakaran adalah reaksi eksotermik, bahkan ketika membutuhkan sumber panas awal untuk berlangsung atau terjadi secara spontan.

Amonium Klorida dalam Air

Ketika sejumlah kecil amonium klorida (NH4Cl) dilarutkan dalam air dalam tabung reaksi, tabung menjadi lebih dingin dari sebelumnya. Selama reaksi kimia ini, panas diserap dari lingkungan.

Natrium triosulfat

Ketika kristal natrium tiosulfat (Na ₂ S ₂ O ₃ .5H ₂ O), biasa disebut hipo, larut dalam air, efek pendinginan terjadi.

Mesin mobil

Pembakaran bensin atau solar pada mesin mobil, truk, traktor atau bus menghasilkan energi mekanik, yang digunakan dalam sirkulasi kendaraan ini.

Cairan mendidih

Dengan memanaskan cairan, ia memperoleh energi dan berubah menjadi gas.

Masak telur

Dengan menerapkan panas, protein telur didenaturasi membentuk struktur padat yang biasanya tertelan.

Memasak makanan

Secara umum, selalu saat memasak dengan panas untuk mengubah sifat makanan, terjadi reaksi endotermik.

Reaksi inilah yang menyebabkan makanan menjadi lebih lembut, menghasilkan massa yang dapat dibentuk, melepaskan komponen yang dikandungnya, antara lain.

Memanaskan makanan di microwave

Akibat radiasi gelombang mikro, molekul air dalam makanan menyerap energi, mulai bergetar, dan meningkatkan suhu makanan.

Cetakan kaca

Penyerapan panas oleh kaca membuat sambungannya fleksibel, sehingga bentuknya lebih mudah diubah.

Konsumsi lilin

Lilin meleleh dengan menyerap panas dari nyala api, mengubah bentuknya.

Pembersihan air panas

Saat menggunakan air panas untuk membersihkan benda yang telah ternoda minyak, seperti panci atau pakaian, minyak menjadi lebih encer dan lebih mudah dihilangkan.

Sterilisasi panas makanan dan benda lain

Saat memanaskan benda atau makanan, mikroorganisme yang dikandungnya juga meningkatkan suhunya.

Ketika banyak panas dipasok, reaksi dalam sel mikroba terjadi. Banyak dari reaksi ini, seperti putusnya ikatan atau denaturasi protein, akhirnya membunuh mikroorganisme.

Lawan infeksi demam

Saat demam terjadi, itu karena tubuh memproduksi panas yang diperlukan untuk membunuh bakteri dan virus yang menyebabkan infeksi dan menyebabkan penyakit.

Jika panas yang ditimbulkan tinggi dan demam tinggi, sel-sel tubuh juga ikut terpengaruh dan ada risiko kematian.

Penguapan air

Ketika air menguap dan berubah menjadi uap, itu karena panas yang diterimanya dari lingkungan. Saat energi panas diterima oleh setiap molekul air, energi getarannya meningkat ke titik di mana ia dapat bergerak bebas, menciptakan uap.

Referensi

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
2. Wikipedia. (2018). Proses endotermik. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (27 Desember 2018). Contoh Reaksi Endotermik. Diperoleh dari: thinkco.com
4. Khan Academy. (2019). Endotermik vs. reaksi eksotermik. Diperoleh dari: khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). Apa yang Terjadi di Tingkat Molekuler Selama Reaksi Endotermik? Hearst Seattle Media. Diperoleh dari: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). Perhitungan entalpi reaksi dari entalpi pembentukan. Dipulihkan dari: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). Contoh Reaksi Endotermik. Diperoleh dari:
   quimicas.net.