Примеры самопроизвольных эндотермических реакций и процессов
Эндотермический процесс поглощает тепло из окружающей среды, поэтому окружающая среда охлаждается. Большинство самопроизвольных процессов выделяют тепло, но перечисленные ниже происходят самопроизвольно при комнатной температуре и нормальном давлении, хотя и поглощают тепло, потому что сильно увеличивают энтропию (беспорядок). В список входят как химические реакции, так и физические процессы, такие как плавление, испарение и растворение, и для каждого пункта указано, к какому типу он относится.
- Таяние льда при комнатной температуре — физическое изменение, поглощающее около 6 кДж тепла на моль льда.
- Испарение воды из лужи или с вашей кожи — физическое изменение, поглощающее тепло, поэтому потоотделение вас охлаждает.
- Сублимация сухого льда — физическое изменение, при котором твёрдый углекислый газ поглощает тепло и сразу превращается в газ.
- Растворение нитрата аммония в воде — процесс растворения, охлаждающий воду настолько, что его используют в мгновенных охлаждающих пакетах.
- Растворение мочевины в воде — процесс растворения, используемый в некоторых мгновенных охлаждающих пакетах вместо нитрата аммония.
- Растворение хлорида аммония в воде — процесс растворения, при котором температура воды заметно падает.
- Растворение хлорида калия в воде — процесс растворения, после которого раствор холоднее, чем была вода.
- Октагидрат гидроксида бария и хлорид аммония — химическая реакция между двумя твёрдыми веществами, выделяющая аммиак; может охладиться настолько, что замёрзнет вода.
- Пищевая сода и уксус — химическая реакция, выделяющая углекислый газ, при которой смесь слегка охлаждается.
- Пищевая сода и лимонная кислота — химическая реакция, дающая шипение в бомбочках для ванны и ощущение прохлады во рту от шипучего порошка.
Почему эндотермический процесс может быть самопроизвольным?
Будет ли процесс идти самопроизвольно, зависит от изменения свободной энергии Гиббса: ΔG = ΔH − TΔS. У эндотермического процесса ΔH положительна, что мешает ему. Но если рост энтропии (ΔS) достаточно велик, член TΔS перевешивает ΔH, и ΔG становится отрицательной. Поэтому лёд тает выше 0 °C, но не ниже, и поэтому реакции с выделением газа, такие как реакция соды с уксусом, могут поглощать тепло и всё равно идти.
Эндотермические реакции, которые не являются самопроизвольными
Многим эндотермическим реакциям нужен постоянный приток энергии, и они прекращаются, когда его убирают, например фотосинтезу, которому нужен свет, и разложению известняка до извести, для которого необходим сильный нагрев. В приведённый выше список они не включены.