19. KEMIJSKE REAKCIJE i ENERGIJA

Kemijske reakcije i energija• Za savladavanje sile teže i postizanjebestežinskog stanja Space Shutlle potrebnuenergiju dobiva kemijskom reakcijom.• Gorivo u pomoćnim raketama je smjesaamonijeva perklorata, NH 4 ClO 4 , i aluminija.• Glavni motor pogonsku energiju dobivaspaljivanjem smjese vodika i kisika.

Dizač utega potrebnu energiju proizvodikemijskim reakcijama u svom organizmu pričemu „izgara“ šećer i druge hranjive tvari.

• Pri kemijskoj i fizikalnoj promjeniuvijek dolazi do razmjene energijeizmeđu promatranog sustava iokoline.• Što je sustav?• Pod sustavom kemičar uvijekrazumije reakcijsku posudu, epruvetu,čašu ili tikvicu s reaktantima.

• Što je okolina?• Pa okolina je okolina, to je sveono što nije sustav.• Okolina može biti zrak, ili čaša svodom u koju je uronjenaepruveta ili tikvica s reaktantima.

Egzotermna promjena• Tijekom kemijske reakcije u reakcijskomsustavu može doći do oslobađanja topline.• Kemijska ili fizikalna promjena pri kojoj setoplina oslobađa zove se egzotermnapromjena (grč. egzo - van + thermos -topao).• Najpoznatije su egzotermne promjenegorenje drveta, ugljena, zemnog plina i dr.

• Je li se pri egzotrmnim promjenamauvijek oslobađa samo toplina?• Pri egzotermnim promjenama, osimtopline, energija se može oslobađati uobliku svjetlosti, električne energije ilirada.• Krijesnice i mnogobrojni svjetlećimorski organizmi svjetlost proizvodekemijskim reakcijama.

• Ova plastična cjevčica sadržavafluorescentnu boju i dvije kemikalije, odkojih je jedna vodikov peroksid uposebnoj staklenoj ampuli.

• Kad se plastična cjevčica savije staklenaampula se slomi pa vodikov peroksidreagira s onom drugom kemikalijom.Oslobođena energija prenosi se namolekule boje koja emitira svjetlost.

• Načini vlastiti kalorimetar.• Dvije plastične čaše umetni jednu udrugu tako da se između stijenkinalazi zrak.

Reakcija neutralizacije• Injekcijskom štrcaljkom odmjeri 20 mL 3,6postotne otopine klorovodične kiseline.Kiselinu izlij u posudu kalorimetra i izmjeritemperaturu otopine.• Drugom injekcijskom štrcaljkom dodaj 20 mL4 postotne otopine natrijeva hidroksida.Promiješaj smjesu i izmjeri njezinutemperaturu.• Ne struži termometrom po stijenkama.

•Izračunaj promjenu temperaturereakcijske smjese prema formuli:Δt = t konačno - t početno• Je li se temperatura reakcijskogsustava povisila ili snizila?• Usporedi rezultate svojih mjerenja srezultatima koje su dobili drugi učenici urazredu.• Prelazi li tijekom reakcije toplina izsustava u okolinu ili obratno?

• Nakon mješanja reaktanatatemperatura reakcijske smjese sepovisila.• Kemijska ili fizikalna promjena pri kojojse toplina oslobađa zove seegzotermna promjena.• Toplina prelazi iz reakcijske smjese uokolinu, jer je temperatura reakcijskesmjese viša od temperature okoline.

• Kad bismo pomiješali 40 mL otopineklorovodične kiseline s 40 mL otopinenatrijeva hidroksida, bi li konačnatemperatura reakcijske smjese bilaista, viša ili niža u odnosu na prethodnieksperiment?

• Da smo pomiješali po 40 mL otopina,opazili bi istu promjenu temperaturereakcijske smjese.• Reakcijom bi se oslobodilo dva puta višetopline, ali je količina vode u kalorimetrudva puta veća.• Za zagrijavanje dva puta veće količinevode potrebno je dva puta više topline.Zato bi u oba slučaja dobili isti prirasttemperature reakcijske smjese.

•Međusobnom reakcijom klorovodičnekiseline i natrijeva hidroksida nastajevoda i natrijev klorid. Napišijednadžbu reakcije.HCl + NaOH → NaCl + H 2 OU otopini su ostali ioni Na + i Cl − , a toje otopina natrijeva klorida.

Redukcija bakrovih iona cinkom• Otopi 20 g modre galice u 100 mL vode.Injekcijskom štrcaljkom odmjeri 5 mLotopine i izlij u običnu epruvetu. Izmjeri izapiši temperaturu otopine.• U epruvetu s modrom galicom dodaj cinka uprahu, toliko koliko stane na vrh noža.•Začepi epruvetu i žestoko promućkaj.• Izmjeri i zapiši temperaturu reakcijskesmjese.

Redukcija bakrovih iona cinkom

• Kakve je boje cink u prahu? Je li senjegova boja promijenila u otopinimodre galice? Na što podsjeća taboja?• Nakon dodatka cinka u prahu imućkanja otopina se obezbojila.• Nastao je crvenosmeđi talog.• Njegova boja podsjeća na bakar.

• Otopina modre galice sadržava ioneCu 2+ i SO 42-. Koja se kemijskapromjena dogodila dodatkom cinka uprahu u otopinu modre galice? Tko ćenapisati jednadžbu reakcije.• Cink se otopio, a umjesto njega izlučiobakar. Bakrovi ioni, Cu 2+ , reducirali suse u elementarni bakar, a cink seoksidirao u cinkove ione, Zn 2+ .•Cu 2+ + SO 42−+ Zn → Zn 2+ + SO 42−+ Cu

• Je li došlo do povišenja ili sniženjatemperature reakcijske smjese.Usporedi rezultate svojih opažanja srezultatima drugih učenika u razredu.• Eksperiment pokazuje da setemperatura reakcijske smjese povisilapa možemo zaključiti da je došlo doegzotermne promjene.

• Je li toplina jedini mogući oblikenergije koji se tijekom kemijskereakcije izmjenjuje između sustava iokoline?• Neke kemijske reakcije moguće jeprovesti tako da se osim topline dobijui drugi oblici energije, kao npr.električna energija ili svjetlost.• Ova se reakcija može izvesti tako dase umjesto topline dobije električnaenergija.

Kako načiniti bateriju• Uzmi običan limun i zabij u njega bakreničavao ili deblju bakrenu žicu.• Na udaljenosti od 1 cm zabij u limunpocinčani željezni čavao.• Digitalnim voltmetrom izmjeri razlikupotencijala između različitih metala.• Serijski spoji dva članka i izmjeri napon.

• Koje se kemijske reakcije događaju uovom galvanskom članku (bateriji)?• U galvanskom članku načinjenom odlimuna s elektrodama od cinka i bakradogađa ista kemijska reakcija kao i uprethodnom pokusu kad se cink uprahu doda u otopinu modre galice.• Reakcija se odvija drugim putem takoda se umjesto topline dobije električnaenergija

• Koliki napon pokazuje digitalniinstrument kad se priključi naelektrode ovoga galvanskog članka(baterije)?• Koliki napon pokazuje digitalniinstrument u slučaju serijski spojenihgalvanskih članaka?• Serijski spojeni članci pokazujudvostruko veći napon.

Reakcija limunske kiseline ikristalne sode• U malu plastičnu čašu stavi oko 10 glimunske kiseline. K tomu dodaj oko 20 gusitnjene kristalne sode.• Sadžaj čaše polagano i pažljivo miješajtermometrom. Pazi da ne slomištermometar.•Uoči promjenu temperature reakcijskesmjese.

• Opiši promjene do kojih dolazi tijekommiješanja reakcijske smjese.• Razvija li se kakav plin i koji bi to plinmogao biti?• Limunska kiselina je jača od ugljičnekiseline pa je istiskuje iz njezine soli.• Kad se pomiješaju limunska kiselina ikristalna soda razvija se ugljikovdioksid.

• Mijenja li se temperatura reakcijskesmjese? Je li došlo do egzotermne iliendotermne promjene?• Prelazi li toplina iz reakcijskogsustava u okolinu ili obratno?• Temperatura reakcijske smjese sesnizi, pa kažemo da je došlo doendotermne promjene.• Toplina prelazi iz okoline u promatranisustav.

Šumeće tablete• U priručni kalorimetar, načinjen odplastičnih čaša, ulij 20 mL vode.• Izmjeri i zapiši temperaturu vode ukalorimetru.• Ubaci u kalorimetar jednu “šumećutabletu”. Pričekaj da se tableta otopi iizmjeri temperaturu reakcijske smjese.• Je li reakcija “šumeće tablete”egzotermna ili endotermna?

PONOVIMO• Egzotermne su one promjene pri kojimase energija oslobađa (prelazi iz sustava uokolinu).• Endotermne su one promjene pri kojimase energija troši (prelazi iz okoline upromatrani sustav)

• Izgaranjem dvostruko veće mase nekoggoriva, benzina na primjer, dobije sedvostruko više topline (energije).• Za zagrijavanje dva puta veće masevode od temperature t 1 na temperaturut 2 sustavu treba dovesti dva puta višetopline.