1. Jakie efekty mogą towarzyszyć reakcjom chemicznym?

Reakcjom chemicznym i zjawiskom fizycznym towarzyszy pewien efekt energetyczny. Pod tym pojęciem rozumiemy wydzielanie energii do otoczenia bądź jej pobieranie przez reagujące bądź mieszające się ze sobą substancje. Podczas przemian, układ może wymieniać z otoczeniem energię w różnej postaci – w formie ciepła, światła, pracy lub nawet elektryczności. To, czy w czasie reakcji energia będzie wydzielana, czy pobierana, zależy od reagujących ze sobą substancji oraz rodzaju zjawiska fizycznego.

Zapoznaj się z poniższą galerią przedstawiającą przykłady reakcji chemicznych i zjawisk fizycznych, które wiążą się z efektami energetycznymi.

R1I2nM46bRFnV

Zdjęcie przedstawia nocne niebo nad miastem położonym nad jeziorem lub brzegiem morza i bardzo efektowny pokaz czerwono‑złotych fajerwerków.

R1YSYesNEXrNS

Zdjęcie przedstawia rozżarzone kawałki węgla palącego się w piecu delikatnym, czerwonym płomieniem.

R1ei6uLLVLtxF

Zdjęcie przedstawia silnik i inne elementy niebieskiego samochodu widoczne po otwarciu maski.

R1TMYBVluScPW

Zdjęcie przedstawia różnego rodzaju baterie na białym tle. Znajdują się tu klasyczne paluszki, czyli baterie AA i AAA, większe baterie R20, bateria płaska starego typu, a także baterie typu mini do kalkulatorów i innych małych urządzeń.

RYTAicUMBqk1q

Zdjęcie elektrolizera, wielkiego urządzenia fabrycznego, w którym prowadzona jest elektroliza tlenku glinu na skalę przemysłową. W centrum ilustracji znajduje się szerokie przejście, a z obu jego stron poustawiane są metalowe zbiorniki. Powyżej umieszczone są betonowe balkony z żółtymi barierkami.

R1Z7YxB5DFjE0

Zdjęcie zestawu do rozkładu tlenku rtęci(II) podczas pracy. Na ilustracji ukazano rtęć osadzającą się powyżej ogrzewanego tlenku rtęci(II), w postaci maleńkich kropelek na ściankach probówki.

Zaskakujące może być to, że niezależnie od tego, czy reagujące ze sobą substancje wydzielają, czy pobierają energię, każda przemiana chemiczna wymaga pewnego nakładu energii, bez którego nie można jej zainicjować. Zanim skorzysta się z ciepła wydzielającego się podczas reakcji węgla z tlenem (spalania węgla), należy dostarczyć substratom odpowiednią ilość energii. Po zainicjowaniu, reakcja (spalanie) przebiega już samorzutnie.

R6ex26hACR8Py

Zdjęcie przedstawia dwóch pracowników firmy pirotechnicznej przygotowujących profesjonalny pokaz sztucznych ogni. Obaj mają na sobie ubrania ochronne, kaski i trzymają w rękach zapalone flary, które posłużą im do podpalenia lontów.

Nie inaczej dzieje się w czasie poruszania się pojazdów mechanicznych. Ani benzyna, ani olej napędowy nie ulegają natychmiastowemu zapaleniu się w obecności tlenu z powietrza. Potrzebny jest jeszcze dodatkowy czynnik (energia), który zapoczątkowałby tę reakcję. W silnikach benzynowych jest to iskra elektryczna, natomiast w silnikach Diesla – sprężanie (zmniejszanie objętości) i ogrzewanie paliwa. Dopiero te impulsy inicjują reakcję paliwa z tlenem, która zachodzi z wydzieleniem energii.

Czasami jednak nakład energetyczny jest niewielki, niezauważalny przez człowieka. Może być to np. ciepło przekazane z otoczenia do układu reakcyjnego. Z taką sytuacją mamy do czynienia podczas polewania rany wodą utlenioną (3‑procentowym roztworem nadtlenku wodoru). Mimo że nie dostarczyliśmy sami energii, zachodzi rozkład wody utlenionej. Dzieje się tak, ponieważ energia posiadana przez reagenty oraz energia możliwa do pobrania z otoczenia jest wystarczająca, aby uzyskać rozkład wody utlenionej.

RRWHzqAn0gCVq

Na ilustracji ukazano szary dystrybutor paliwa z umieszczonymi w nim trzema pistoletami – dwoma zielonymi i jednym czarnym. Nad każdym z nich znajduje się plakietka opisująca rodzaj paliwa, kolejno od lewej są to: 98, 95 oraz diesel.

Należy zatem pamiętać, że wszystkie reakcje różnią się między sobą ilością energii wymaganej do ich zapoczątkowania. Są przemiany, do których zainicjowania wystarczy niewielki nakład energii, np. lekki wstrząs, tak jak w przypadku substancji wchodzących w skład materiałów wybuchowych. Niektóre jednak potrzebują większej ilości energii, aby zapoczątkować przemianę substratów w produkty.

2. Czym różnią się od siebie reakcja utleniania i reakcja spalania?

Proces łączenia się substancji z tlenem, czyli proces utleniania, może zachodzić powoli lub gwałtownie. Przykładem procesu, który zachodzi stopniowo, jest utlenianie żelaza do tlenku żelaza(III) – głównego składnika rdzy. Stalowe lub żelazne części różnych przedmiotów rdzewieją stopniowo, bez widocznych efektów energetycznych.

Reakcje utleniania mogą jednak przebiegać bardzo gwałtownie, z wydzieleniem się energii w postaci dużej ilości ciepła i światła. W tym przypadku mówimy o reakcjach spalaniareakcja spalaniareakcjach spalania. Są to reakcje z tlenem, które przebiegają stosunkowo szybko, w gwałtowny sposób. Towarzyszą im wówczas efekty cieplne, świetlne a czasem nawet dźwiękowe.

Zapoznaj się z poniższą galerią, w której przedstawiono przykłady reakcji tlenu z różnymi substancjami.

RdlTyv2QCWv7Z

Zdjęcie przedstawia zardzewiały metalowy element wbity w pomost lub molo. Jest on zakończony okrągłą pętlą, przez którą przełożone jest metalowe koło, również pokryte rdzą.

R5Zm3xNkfzoig

Zdjęcie przedstawia płonącą czystą kartkę papieru leżącą na chodniku. W miejscach, gdzie dotarł ogień, jest ona osmolona i kruszy się.

R1eEND0nMAZnP

Zdjęcie przedstawia końcówkę laboratoryjnego palnika gazowego oraz szczypce trzymające w słabo widocznym płomieniu kawałek taśmy magnezowej. Ogrzewany metal pali się jasnym płomieniem.

RfznhmfIulZwT

Zdjęcie przedstawia porcję białych, ułożonych spiralnie lodów, leżących na porcelanowym talerzyku. Płoną one jasnoniebieskim płomieniem i są nieco zwęglone na brzegach.

ROQ0xNVXOY8c7

Zdjęcie przedstawia dwa czynne palniki kuchenki gazowej płonące w ciemnościach jasnoniebieskim płomieniem.

3. Jakie rodzaje reakcji chemicznych wyróżnia się ze względu na efekt energetyczny?

Wszystkim reakcjom chemicznym towarzyszą efekty energetyczne. Czasami są to efekty widoczne gołym okiem, a niekiedy są tak małe, że mogą zostać niezauważone. W zależności od kierunku przepływu energii, przemiany chemiczne dzielą się na dwie grupy. Reakcje, podczas których dochodzi do wydzielania energii do otoczenia, nazywają się reakcjami egzoenergetycznymireakcja egzoenergetycznareakcjami egzoenergetycznymi. Te z kolei, którym towarzyszy przyjmowanie energii z otoczenia, to reakcje endoenergetycznereakcja endoenergetycznareakcje endoenergetyczne.

RE78DMy0gUdIF

Ilustracja przedstawia dwa schematy przemian energetycznych. Pierwszy schemat to schemat przemiany egzoenergetycznej. Z lewej strony rysunku znajduje się niebieskie pole z napisem: mieszanina reakcyjna, a z prawej zielone opisane słowem: otoczenie. Pomiędzy nimi znajduje się czerwona strzałka z napisem: energia, skierowana w prawą stronę. Drugi to schemat przemiany endoenergetycznej. Z lewej strony rysunku znajduje się niebieskie pole z napisem: mieszanina reakcyjna, a z prawej zielone opisane słowem: otoczenie. Pomiędzy nimi znajduje się czerwona strzałka z napisem: energia, skierowana w lewą stronę.

4. Jakie znamy przykłady reakcji egzoenergetycznych i endoenergetycznych?

Reakcja glinu z tlenem

Doświadczenie 1

Doświadczenie wykonuj w okularach ochronnych.

R1C6PNGjvp99Z

Problem badawczy: Czy reakcja glinu z tlenem jest procesem egzoenergetycznym, czy endoenergetycznym?. Hipoteza: Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie zweryfikuj ją. Hipoteza 1: Reakcja glinu z tlenem to proces egzoenergetyczny. Hipoteza 2: Reakcja glinu z tlenem to proces endoenergetyczny. (Wybierz: Hipoteza 1, Hipoteza 2). Co będzie potrzebne: glin w postaci pyłu, kolba stożkowa napełniona tlenem, łyżka do spalań umieszczona w korku dopasowanym do szyjki kolby stożkowej, palnik gazowy, zapałki. Instrukcja: 1. Napełnij łyżkę do spalań glinem w postaci pyłu. 2. Umieść łyżkę z glinem w płomieniu palnika. 3. Gdy pył glinowy zaczyna się żarzyć, natychmiast przenieś go na łyżce do kolby z tlenem. 4. Obserwuj zachodzące zmiany. Doświadczenie wykonuj w okularach ochronnych.

Zapoznaj się z poniższym opisem doświadczenia, a następnie wykonaj polecenie.

Problem badawczy:

Czy reakcja glinu z tlenem jest procesem egzoenergetycznym, czy endoenergetycznym?

Hipoteza:

Reakcja glinu z tlenem to proces egzoenergetyczny.

Co było potrzebne:

• glin w postaci pyłu;

• kolba stożkowa napełniona tlenem;

• łyżka do spalań umieszczona w korku dopasowanym do szyjki kolby stożkowej;

• palnik gazowy;

• zapałki.

Przebieg doświadczenia:

Łyżkę do spalań napełniono glinem w postaci pyłu, a następnie umieszczono ją w płomieniu palnika. Gdy pył glinowy zaczął się żarzyć, przeniesiono go na łyżce do kolby z tlenem. Obserwowano zachodzące zmiany.

Obserwacje:

W kolbie widoczny jest jasny, oślepiający płomień. Na łyżce do spalań pozostaje biały osad.

Wnioski:

Pył glinowy spala się jasnym, oślepiającym płomieniem. Z glinu o połysku metalicznym powstaje substancja stała o białej barwie. Jest to tlenek glinu.

$$\text{4Al + 3}{\text{O}}_{\text{2}}\text{ → 2}{\text{Al}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}$$

$$\text{glin + tlen → tlenek }\text{glinu}$$

Początkowo należało ogrzać mieszaninę celem zainicjowania reakcji. Jednak podczas tej przemiany wydziela się energia na sposób ciepła i światła. Jest ona znacznie większa niż energia pobrana, dlatego mamy do czynienia z reakcją egzoenergetyczną. Reakcja glinu z tlenem jest reakcją utleniania. Z uwagi na to, że ma gwałtowny przebieg, bo towarzyszy jej oddawanie energii w postaci światła i ciepła, stanowi szczególną jej odmianę – reakcję spalania. Stosując odpowiedni zapis w równaniu reakcji, można podkreślić efekt energetyczny przeprowadzonej reakcji utleniania:

$$\text{4Al + 3}{\text{O}}_{\text{2}}\text{ → 2}{\text{Al}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}\text{ + energia}$$

RHzLgksliu2ea

Film rozpoczyna ujęcie stołu laboratoryjnego, na którym stoją palnik gazowy, nakryta kolba stożkowa, szkiełko zegarkowe z pyłem aluminiowym oraz oryginalne opakowanie z pyłem. Demonstrator w rękawicy nabiera na łyżkę do spalań pyłu glinowego i umieszcza łyżkę z glinem w płomieniu palnika. Po krótkiej chwili pył rozżarza się. Łyżka przeniesiona zostaje do wnętrza kolby, gdzie rozpala się jasnym światłem. Obraz wideo wygasza się, zastępuje go kolby z łyżką zawierającą produkt reakcji, czyli biały proszek. Pod zdjęciem pojawia się zapis reakcji: cztery atomy glinu plus trzy cząsteczki tlenu dają dwie cząsteczki tlenku glinu. Reakcja opisana zostaje jako egzoenergetyczna.

Film rozpoczyna ujęcie stołu laboratoryjnego, na którym stoją palnik gazowy, nakryta kolba stożkowa, szkiełko zegarkowe z pyłem aluminiowym oraz oryginalne opakowanie z pyłem. Demonstrator w rękawicy nabiera na łyżkę do spalań pyłu glinowego i umieszcza łyżkę z glinem w płomieniu palnika. Po krótkiej chwili pył rozżarza się. Łyżka przeniesiona zostaje do wnętrza kolby, gdzie rozpala się jasnym światłem. Obraz wideo wygasza się, zastępuje go kolby z łyżką zawierającą produkt reakcji, czyli biały proszek. Pod zdjęciem pojawia się zapis reakcji: cztery atomy glinu plus trzy cząsteczki tlenu dają dwie cząsteczki tlenku glinu. Reakcja opisana zostaje jako egzoenergetyczna.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RHzLgksliu2ea

Film rozpoczyna ujęcie stołu laboratoryjnego, na którym stoją palnik gazowy, nakryta kolba stożkowa, szkiełko zegarkowe z pyłem aluminiowym oraz oryginalne opakowanie z pyłem. Demonstrator w rękawicy nabiera na łyżkę do spalań pyłu glinowego i umieszcza łyżkę z glinem w płomieniu palnika. Po krótkiej chwili pył rozżarza się. Łyżka przeniesiona zostaje do wnętrza kolby, gdzie rozpala się jasnym światłem. Obraz wideo wygasza się, zastępuje go kolby z łyżką zawierającą produkt reakcji, czyli biały proszek. Pod zdjęciem pojawia się zapis reakcji: cztery atomy glinu plus trzy cząsteczki tlenu dają dwie cząsteczki tlenku glinu. Reakcja opisana zostaje jako egzoenergetyczna.

1

Polecenie 1

RbycmbqH4Rn3x

Obserwacje: (Uzupełnij). Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Obserwacje: Pamiętaj, że obserwacje to wszystkie zmiany, jakie jesteśmy w stanie zauważyć za pomocą zmysłów (wzroku, słuchu, dotyku oraz węchu).

Wnioski: Co wynika z obserwowanych przez Ciebie zmian? Nawiąż w swojej odpowiedzi do sformułowanego pytania w problemie badawczym oraz postawionej przez Ciebie hipotezy – określ, czy jest ona prawidłowa, czy błędna.

Pokaż odpowiedź

Obserwacje:

W kolbie widoczny jest jasny, oślepiający płomień. Na łyżce do spalań pozostaje biały osad.

Wnioski: Postawiona hipoteza była prawdziwa – reakcja glinu z tlenem jest egzoenergetyczna.

lub

Postawiona hipoteza nie była prawdziwa – reakcja glinu z tlenem nie jest endoenergetyczna.

Pył glinowy spala się jasnym, oślepiającym płomieniem. Z glinu o połysku metalicznym powstaje substancja stała o białej barwie. Jest to tlenek glinu.

$$\text{4Al + 3}{\text{O}}_{\text{2}}\text{ → 2}{\text{Al}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}$$

$$\text{glin + tlen → tlenek }\text{glinu}$$

Początkowo należało ogrzać mieszaninę, celem zainicjowania reakcji. Jednak podczas tej przemiany wydziela się energia na sposób ciepła i światła. Jest ona znacznie większa niż energia pobrana, dlatego mamy do czynienia z reakcją egzoenergetyczną.

Reakcja glinu z tlenem jest reakcją utleniania. Z uwagi na to, że ma gwałtowny przebieg, bo towarzyszy jej oddawanie energii w postaci światła i ciepła, stanowi szczególną jej odmianę – reakcję spalania. Stosując odpowiedni zapis w równaniu reakcji, można podkreślić efekt energetyczny przeprowadzonej reakcji utleniania:

$$\text{4Al + 3}{\text{O}}_{\text{2}}\text{ → 2}{\text{Al}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}\text{ + energia}$$

Polecenie 1

RFBtVPRcwgTLV

Możliwe odpowiedzi: 1. Utlenianie, 2. Przemiany pokarmów w organizmach żywych, 3. Wybuchy wulkanów, 4. Gaszenie wapna palonego, 5. Fotosynteza, 6. Kraking, 7. Elektroliza, 8. Gotowanie

Rozkład substancji zawartej w proszku do pieczenia

Doświadczenie 2

Przeprowadź doświadczenie chemiczne, które polega na zbadaniu, czy rozkład substancji zawartej w proszku do pieczenia jest procesem egzoenergetycznym, czy endoenergetycznym.

Ro9ALIBYpSXmW

Problem badawczy: Czy rozkład substancji zawartej w proszku do pieczenia jest reakcją egzoenergetyczną, czy endoenergetyczną?. Hipoteza: Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie zweryfikuj ją. Hipoteza 1: Rozkład substancji zawartej w proszku do pieczenia to proces egzoenergetyczny. Hipoteza 2: Rozkład substancji zawartej w proszku do pieczenia to proces endoenergetyczny. (Wybierz: Hipoteza 1, Hipoteza 2). Co będzie potrzebne: proszek do pieczenia, woda, probówka, statyw, łapa do probówki, palnik gazowy, zapałki, korek z rurką odprowadzającą, łyżeczka, zlewka. Instrukcja: 1. Do probówki wsyp 2 łyżeczki (3–4 g) proszku do pieczenia. 2. Probówkę zamknij korkiem z rurką odprowadzającą. Koniec rurki zanurz w zlewce z wodą. 3. Ogrzewaj zawartość probówki w płomieniu palnika. 4. Obserwuj zachodzące zmiany.

Problem badawczy:

Czy rozkład substancji zawartej w proszku do pieczenia jest reakcją egzoenergetyczną, czy endoenergetyczną?

Hipoteza:

Rozkład substancji zawartej w proszku do pieczenia to proces endoenergetyczny.

Co było potrzebne:

• proszek do pieczenia;

• woda;

• probówka z rurką odprowadzającą;

• wąż gumowy;

• korek do probówki;

• statyw;

• łapa do probówki;

• palnik gazowy;

• zapałki;

• łyżeczka;

• zlewka.

Przebieg doświadczenia:

Do probówki wsypano dwie łyżeczki (3–4 g) proszku do pieczenia. Probówkę zamknięto korkiem, a na rurkę odprowadzającą założono gumowy wąż. Drugi koniec węża zanurzono w zlewce z wodą. Następnie zawartość probówki ogrzewano w płomieniu palnika.

Obserwacje:

W zlewce z wodą widoczne są pęcherzyki gazu wydostające się z węża. Na ściankach probówki zauważyć można krople bezbarwnej cieczy. Na dnie probówki pozostaje białe ciało stałe.

Wnioski:

Podczas ogrzewania, zawarty w proszku do pieczenia wodorowęglan sodu, ulega rozkładowi, co można przedstawić w postaci równania reakcji chemicznej:

$$\text{2NaHC}{\text{O}}_{\text{3}}\stackrel{\text{ temperatura }}{\to }\text{ N}{\text{a}}_{\text{2}}\text{C}{\text{O}}_{\text{3}}\text{+ }{\text{CO}}_{\text{2}}\text{+ }{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}$$

$$\text{wodorowęglan sodu → węglan sodu}\text{+ dwutlenek węgla}\text{ + woda }$$

W wyniku reakcji analizy wodorowęglanu powstają węglan sodu (białe ciało stałe), tlenek węgla(IV) (pęcherzyki gazu w zlewce z wodą) i woda w stanie gazowym (krople cieczy na ściankach probówki). Rozkład termiczny wodorowęglanu sodu następuje tylko podczas dostarczania ciepła do mieszaniny reakcyjnej. Jest to przykład reakcji endoenergetycznej.

RO8rRjq88d08B

Film rozpoczyna ujęcie opakowania proszku do pieczenia. Obok niego stoi szkiełko zegarkowe z niewielką ilością proszku. Następuje zmiana ujęcia na przedstawiające zestaw laboratoryjny składający się ze statywu, probówki, gumowego wężyka, zlewki z wodą i ręcznego palnika. Probówka z badaną substancją wypełniającą ją w jednej piątej wysokości jest zamontowana w łapie statywu pod niewielkim kątem do poziomu, a odchodzący od niej wężyk gumowy sięga do dna zlewki z wodą ustawionej obok. Ręka demonstratora przystawia pod probówkę płonący palnik i po chwili z wężyka zanurzonego w wodzie zaczynają wypływać pęcherzyki bezbarwnego gazu. W momencie przerwania ogrzewania gaz również przestaje się wydzielać, a w momencie ponownego ogrzania zawartości reakcja ulega wznowieniu. Następuje zmiana widoku na zdjęcie fragmentu opakowania proszku do pieczenia zawierającego skład. Zaznaczony zostaje napis Wodorowęglan sodu. Następuje ponownie ujęcie przedstawiające przebieg eksperymentu, a następnie przełączenie na zdjęcie przedstawiające wnętrze piekarnika i foremki z surowym ciastem chlebowym. Na kolejnym zdjęciu widać dwa upieczone, wyraźnie wyższe bochenki chleba. Następne zdjęcie przedstawia ciasto w przekroju wraz z widocznymi w nim porami powstałymi z pęcherzyków gazu. Następuje przejście do rozmytego ujęcia pokazanego wcześniej doświadczenia, na tle którego pojawia się zapis reakcji: wodorowęglan sodu w wyniku oddziaływania wysoką temperaturą daje węglan sodu, wodę i dwutlenek węgla. Po chwili pojawia się dodatkowy komentarz tekstowy: Reakcja zachodzi tylko podczas ogrzewania - reakcja endoenergetyczna.

Film rozpoczyna ujęcie opakowania proszku do pieczenia. Obok niego stoi szkiełko zegarkowe z niewielką ilością proszku. Następuje zmiana ujęcia na przedstawiające zestaw laboratoryjny składający się ze statywu, probówki, gumowego wężyka, zlewki z wodą i ręcznego palnika. Probówka z badaną substancją wypełniającą ją w jednej piątej wysokości jest zamontowana w łapie statywu pod niewielkim kątem do poziomu, a odchodzący od niej wężyk gumowy sięga do dna zlewki z wodą ustawionej obok. Ręka demonstratora przystawia pod probówkę płonący palnik i po chwili z wężyka zanurzonego w wodzie zaczynają wypływać pęcherzyki bezbarwnego gazu. W momencie przerwania ogrzewania gaz również przestaje się wydzielać, a w momencie ponownego ogrzania zawartości reakcja ulega wznowieniu. Następuje zmiana widoku na zdjęcie fragmentu opakowania proszku do pieczenia zawierającego skład. Zaznaczony zostaje napis Wodorowęglan sodu. Następuje ponownie ujęcie przedstawiające przebieg eksperymentu, a następnie przełączenie na zdjęcie przedstawiające wnętrze piekarnika i foremki z surowym ciastem chlebowym. Na kolejnym zdjęciu widać dwa upieczone, wyraźnie wyższe bochenki chleba. Następne zdjęcie przedstawia ciasto w przekroju wraz z widocznymi w nim porami powstałymi z pęcherzyków gazu. Następuje przejście do rozmytego ujęcia pokazanego wcześniej doświadczenia, na tle którego pojawia się zapis reakcji: wodorowęglan sodu w wyniku oddziaływania wysoką temperaturą daje węglan sodu, wodę i dwutlenek węgla. Po chwili pojawia się dodatkowy komentarz tekstowy: Reakcja zachodzi tylko podczas ogrzewania - reakcja endoenergetyczna.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RO8rRjq88d08B

Film rozpoczyna ujęcie opakowania proszku do pieczenia. Obok niego stoi szkiełko zegarkowe z niewielką ilością proszku. Następuje zmiana ujęcia na przedstawiające zestaw laboratoryjny składający się ze statywu, probówki, gumowego wężyka, zlewki z wodą i ręcznego palnika. Probówka z badaną substancją wypełniającą ją w jednej piątej wysokości jest zamontowana w łapie statywu pod niewielkim kątem do poziomu, a odchodzący od niej wężyk gumowy sięga do dna zlewki z wodą ustawionej obok. Ręka demonstratora przystawia pod probówkę płonący palnik i po chwili z wężyka zanurzonego w wodzie zaczynają wypływać pęcherzyki bezbarwnego gazu. W momencie przerwania ogrzewania gaz również przestaje się wydzielać, a w momencie ponownego ogrzania zawartości reakcja ulega wznowieniu. Następuje zmiana widoku na zdjęcie fragmentu opakowania proszku do pieczenia zawierającego skład. Zaznaczony zostaje napis Wodorowęglan sodu. Następuje ponownie ujęcie przedstawiające przebieg eksperymentu, a następnie przełączenie na zdjęcie przedstawiające wnętrze piekarnika i foremki z surowym ciastem chlebowym. Na kolejnym zdjęciu widać dwa upieczone, wyraźnie wyższe bochenki chleba. Następne zdjęcie przedstawia ciasto w przekroju wraz z widocznymi w nim porami powstałymi z pęcherzyków gazu. Następuje przejście do rozmytego ujęcia pokazanego wcześniej doświadczenia, na tle którego pojawia się zapis reakcji: wodorowęglan sodu w wyniku oddziaływania wysoką temperaturą daje węglan sodu, wodę i dwutlenek węgla. Po chwili pojawia się dodatkowy komentarz tekstowy: Reakcja zachodzi tylko podczas ogrzewania - reakcja endoenergetyczna.

1

Polecenie 2

RrBffMtcJjH67

Obserwacje: (Uzupełnij). Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Obserwacje: Pamiętaj, że obserwacje to wszystkie zmiany, jakie jesteśmy w stanie zauważyć za pomocą zmysłów (wzroku, słuchu, dotyku oraz węchu).

Wnioski: Co wynika z obserwowanych przez Ciebie zmian? Nawiąż w swojej odpowiedzi do sformułowanego pytania w problemie badawczym oraz postawionej przez Ciebie hipotezy – określ, czy jest ona prawidłowa, czy błędna.

Pokaż odpowiedź

Obserwacje:

W zlewce z wodą widoczne są pęcherzyki gazu wydostające się z rurki. Na ściankach probówki zauważyć można krople bezbarwnej cieczy. Na dnie probówki pozostaje białe ciało stałe.

Wnioski: Postawiona hipoteza była prawdziwa – rozkład substancji zawartej w proszku do pieczenia jest procesem endoenergetycznym.

lub

Postawiona hipoteza nie była prawdziwa – rozkład substancji zawartej w proszku do pieczenia nie jest procesem endoenergetycznym.

Podczas ogrzewania, zawarty w proszku do pieczenia wodorowęglan sodu ulega rozkładowi, co można przedstawić w postaci równania reakcji chemicznej:

$$\text{2NaHC}{\text{O}}_{\text{3}}\stackrel{\text{ temperatura }}{\to }\text{ N}{\text{a}}_{\text{2}}\text{C}{\text{O}}_{\text{3}}\text{+ }{\text{CO}}_{\text{2}}\text{+ }{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}$$

$$\text{wodorowęglan sodu → węglan sodu}\text{+ dwutlenek węgla}\text{ + woda }$$

W wyniku reakcji analizy wodorowęglanu powstają węglan sodu (białe ciało stałe), tlenek węgla(IV) (pęcherzyki gazu w zlewce z wodą) i woda w stanie gazowym (krople cieczy na ściankach probówki). Rozkład termiczny wodorowęglanu sodu następuje tylko podczas dostarczania ciepła do mieszaniny reakcyjnej. Jest to przykład reakcji endoenergetycznej.

Polecenie 2

R1eyme8h8dQ6Y

Możliwe odpowiedzi: 1. Utlenianie, 2. Przemiany pokarmów w organizmach żywych, 3. Wybuchy wulkanów, 4. Gaszenie wapna palonego, 5. Fotosynteza, 6. Kraking, 7. Elektroliza, 8. Gotowanie

Reakcje egzoenergetyczne to nie tylko te, którym towarzyszy emisja ciepła i światła. To także reakcje podczas których zostaje wykonana praca przez wydzielający się gaz. Gdy ciecze i substancje stałe reagują ze sobą, tworząc gaz, może nastąpić tysiąckrotny, a nawet i większy wzrost objętości powstających produktów w stosunku do objętości substratów. Powstający gaz wypiera powietrze atmosferyczne. Jeśli przyrost objętości następuje w bardzo krótkim czasie, dochodzi do eksplozji.

W poduszkach samochodowych wykorzystuje się azydek sodu – substancję o wzorze ${\mathrm{NaN}}_3$. Ten związek chemiczny podczas zderzenia, pod wpływem impulsu elektrycznego, natychmiast ulega rozkładowi. Powstaje wtedy azot, który w ułamku sekundy wypełnia całą poduszkę powietrzną i chroni pasażera przed dodatkowymi urazami. Reakcja analizy azydku sodu zachodzi wg równania:

R1RFt9aKLuFYg

Zdjęcie przedstawia próbę uderzeniową, jakiej poddaje się samochody. Ukazano widok z perspektywy osoby stojącej przy drzwiach kierowcy. Ubrany na żółto manekin testowy, przypięty do fotela kierowcy ma przed sobą wystrzeloną białą poduszkę powietrzną.

RbAnvRkmuuzCw

Zdjęcie przedstawia gałązkę drzewa gęsto porośniętą podłużnymi, zielonymi liśćmi. Zdjęcie zostało zrobione pod słońce, które znajduje się nad gałęzią.

Podsumowanie

• Wszystkie reakcje chemiczne, aby mogły się rozpocząć, wymagają pewnego nakładu energii. Każda przemiana chemiczna potrzebuje innej ilości tej energii.

• Ze względu na efekty energetyczne, reakcje chemiczne dzielimy na egzoenergetyczne i endoenergetyczne.

• Reakcje egzoenergetyczne to przemiany chemiczne podczas których następuje wydzielenie się energii z układu reakcyjnego do otoczenia w postaci ciepła, światła czy pracy.

• Reakcje endoenergetyczne to przemiany chemiczne, które przebiegają z pobieraniem energii z otoczenia.

• Reakcje spalania zawsze zachodzą z wydzieleniem energii, dlatego należą do reakcji egzoenergetycznych.

Słownik

Ćwiczenia

Bibliografia

Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Podręcznik do chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Warszawa 2020.

Łasiński D., Sporny Ł., Strutyńska D., Wróblewski P., Podręcznik dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Kielce 2020.