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Reazioni endotermiche

Le reazioni endotermiche sono quelle reazioni  che avvengono con assorbimento di calore per le quali la variazione di entalpia è maggiore di zero.

In una reazione chimica si verifica il passaggio da reagenti a prodotti di reazione. In tale conversione si rompono i legami presenti nei reagenti e si formano nuovi legami nei prodotti.

Tutti i legami chimici hanno una energia di legame e necessitano di una determinata energia per potersi rompere.  Quest’ultima è fornita dalla collisione tra i reagenti o da un riscaldamento esterno; analogamente la formazione di legami chimici comporta l’emissione di energia.

La variazione complessiva di energia durante una reazione chimica, detta calore di reazione  è indicata con ΔH ed è espressa in genere in kJ/mol.

A seconda della variazione di energia che si verifica le reazioni chimiche sono classificate in reazioni esotermiche e reazioni endotermiche.

Nelle reazioni esotermiche l’energia è fornita sotto forma di calore; l’energia del prodotti  H_p  è quindi minore rispetto a quella dei reagenti H_r e quindi la variazione di energia,  più nota come variazione di entalpia ΔH è minore di zero in quanto ΔH = H_p – H_r. Un esempio di reazione esotermica è la combustione in cui l’energia è emessa sotto forma di calore.

Nelle reazioni endotermiche  è assorbita energia sotto forma di calore che  serve per rompere i legami presenti nei reagenti ed è rilasciata quando si formano i nuovi legami chimici nei prodotti. L’energia assorbita risulta maggiore di quella fornita e i prodotti di una reazione endotermica hanno un’energia superiore rispetto a quella dei reagenti ovvero H_p > H_r e quindi ΔH = H_p > H_r > 0.

A livello molecolare l’energia cinetica si trasforma in energia potenziale con una diminuzione della temperatura del sistema. L’energia potenziale dei prodotti è maggiore rispetto a quella dei reagenti.

Esempi

Ad esempio, se viene messa in acqua una certa quantità di cloruro di ammonio o di tiosolfato di sodio il recipiente, dopo che è avvenuta la dissoluzione, diventa più freddo.

La reazione tra azoto e ossigeno che dà, come prodotto di reazione il monossido di azoto avviene con assorbimento di calore e la reazione può essere espressa come:

N_2(g) + O_2(g)  + 180 kJ → 2 NO

oppure come: N_2(g) + O_2(g)  → 2 NO  ΔH = – 180 kJ

Nella molecola di azoto gli atomi sono legati con un triplo legame e l’energia necessaria per romperlo è maggiore rispetto a quella fornita dalla formazione del monossido di azoto.

Altri esempi di reazioni endotermiche sono costituiti dalla sintesi del solfuro di carbonio a partire da carbonio e zolfo e dalla reazione tra diossido di stagno e carbonio:

C_(s) + 2 S_(s) → CS_2(g)   ΔH = + 92.0 kJ

SnO_2(g) + 2 C_(s) → Sn_(s) + 2 CO_2(g)  ΔH = + 360 kJ

Le reazioni endotermiche possono avvenire a temperatura ambiente se vi è un notevole incremento di entropia. Si consideri, ad esempio, la reazione dell’idrossido di bario ottaidrato con il tiocianato di ammonio:

Ba(OH)₂ · 8 H₂O_(l) + 2 NH₄SCN_(s) → Ba(SCN)_2(s) + 10 H₂O_(l) + 2 NH_3(g)

Questa reazione è altamente endotermica e, poiché 3 molecole di solido ( una dell’idrossido e due del tiocianato) reagiscono per produrre complessivamente 13 molecole di cui 10 sono liquide e 2 gassose, si verifica un aumento notevole dell’entropia che rende possibile la reazione.

L’esempio più emblematico di reazione endotermica è costituito dalla fotosintesi clorofilliana in cui il diossido di carbonio e l’acqua danno, come prodotto di reazione il glucosio:

6 CO_2(g) + 6 H₂O_(l) → C₆H₁₂O_6(s) + 6 O_2(g)   ΔH = + 2.80 · 10³ kJ/mol di glucosio

La fonte di energia affinché possa avvenire la reazione è l’energia radiante emessa dal sole. Nel processo di fotosintesi l’energia solare viene sfruttata per ottenere il glucosio.