Tindak balas eksotermik dan endotermik

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Termokimia Tingkatan 5: tindak balas eksotermik dan endotermik. Ini idea pembuka bagi keseluruhan bab, dan setiap bahagian kemudian, gambar rajah aras tenaga, haba peneutralan, penyesaran, pemendakan dan pembakaran, dibina di atasnya. Kukuhkan definisi, perubahan suhu dan tanda ΔH di sini, dan bab selebihnya menjadi jauh lebih mudah.

Haba, sistem dan persekitaran

Termokimia ialah kajian tentang perubahan haba yang mengiringi tindak balas kimia. Setiap tindak balas melibatkan pemutusan ikatan dalam bahan tindak balas dan pembentukan ikatan dalam hasil tindak balas. Memutuskan ikatan menyerap tenaga; membentuk ikatan membebaskan tenaga. Tindak balas keseluruhan membebaskan atau menyerap haba bergantung pada yang mana lebih besar antara dua ini.

Kita panggil bahan kimia yang bertindak balas sebagai sistem, dan segala yang mengelilinginya, air atau larutan, bekas, udara, sebagai persekitaran. Haba mengalir antara keduanya. Arah aliran itulah yang diterangkan oleh perkataan eksotermik dan endotermik.

Tindak balas eksotermik

Tindak balas eksotermik membebaskan haba kepada persekitaran. Kerana persekitaran menerima haba, suhu campuran meningkat dan bekas terasa suam atau panas. Dalam perubahan eksotermik, jumlah tenaga yang dibebaskan apabila ikatan baharu terbentuk lebih besar daripada jumlah tenaga yang diserap untuk memutuskan ikatan lama, jadi terdapat pembebasan haba bersih.

Kandungan haba (entalpi) hasil tindak balas lebih rendah daripada bahan tindak balas, jadi perubahan kandungan haba, ΔH, adalah negatif.

Contoh harian dan makmal termasuk:

• pembakaran bahan api seperti alkohol dan hidrokarbon,
• peneutralan asid oleh alkali,
• penyesaran logam kurang reaktif daripada garamnya oleh logam lebih reaktif,
• respirasi, dan tindak balas logam reaktif dengan air atau asid.

Tindak balas endotermik

Tindak balas endotermik menyerap haba daripada persekitaran. Kerana persekitaran kehilangan haba kepada sistem, suhu campuran menurun dan bekas terasa sejuk. Dalam perubahan endotermik, jumlah tenaga yang diserap untuk memutuskan ikatan lama lebih besar daripada jumlah tenaga yang dibebaskan apabila ikatan baharu terbentuk, jadi terdapat penyerapan haba bersih.

Kandungan haba (entalpi) hasil tindak balas lebih tinggi daripada bahan tindak balas, jadi ΔH adalah positif.

Contoh termasuk:

• penguraian terma bahan seperti karbonat logam (pemanasan diperlukan secara berterusan),
• fotosintesis,
• melarutkan garam tertentu seperti ammonium klorida atau ammonium nitrat dalam air, yang membuatkan larutan terasa sejuk.

Tanda ΔH, perkara yang diuji pemeriksa

ΔH bermaksud perubahan kandungan haba tindak balas.

• Eksotermik: ΔH negatif (haba keluar daripada sistem).
• Endotermik: ΔH positif (haba masuk ke dalam sistem).

Kesilapan yang sangat lazim ialah meletakkan tanda yang salah. Sauhkan ia dengan suhu: jika bacaan termometer naik, haba telah dibebaskan, tindak balas adalah eksotermik, dan ΔH adalah negatif. Jika bacaan turun, haba telah diserap, tindak balas adalah endotermik, dan ΔH adalah positif.

Contoh penyelesaian

Soalan. Dalam satu eksperimen, 50 cm³ asid hidroklorik cair pada 28.0 °C ditambah kepada serbuk magnesium berlebihan dalam cawan polistirena. Suhu tertinggi yang dicapai ialah 41.5 °C. Nyatakan sama ada tindak balas eksotermik atau endotermik, berikan perubahan suhu, dan nyatakan tanda ΔH.

Langkah 1, Cari perubahan suhu. Perubahan suhu, Δθ = suhu tertinggi − suhu awal Δθ = 41.5 °C − 28.0 °C = +13.5 °C

Langkah 2, Tafsirkan arah perubahan. Suhu telah naik sebanyak 13.5 °C, bermakna haba telah dibebaskan kepada persekitaran (larutan).

Langkah 3, Kelaskan tindak balas. Tindak balas yang membebaskan haba dan menaikkan suhu adalah eksotermik.

Langkah 4, Nyatakan tanda ΔH. Bagi tindak balas eksotermik, kandungan haba hasil lebih rendah daripada bahan tindak balas, jadi ΔH adalah negatif.

Jawapan. Perubahan suhu ialah +13.5 °C. Tindak balas adalah eksotermik kerana ia membebaskan haba kepada persekitaran, dan ΔH adalah negatif.

Soalan latihan

Soalan. Apabila ammonium nitrat dilarutkan dalam air di dalam tabung uji, tabung uji terasa sejuk dan suhu air turun daripada 30.0 °C ke 22.0 °C. Nyatakan perubahan suhu, kelaskan proses itu, dan berikan tanda ΔH.

Jawapan. Perubahan suhu ialah 22.0 °C − 30.0 °C = −8.0 °C (penurunan 8.0 °C). Kerana suhu turun, haba telah diserap daripada persekitaran, jadi proses itu adalah endotermik. Kandungan haba hasil lebih tinggi daripada bahan tindak balas, jadi ΔH adalah positif.

Petua peperiksaan

Cara paling selamat untuk mengelaskan tindak balas ialah membaca perubahan suhu dahulu, kemudian menaakul ke hadapan: suhu naik → haba dibebaskan → eksotermik → ΔH negatif; suhu turun → haba diserap → endotermik → ΔH positif. Hafal ini sebagai satu rantaian bersambung supaya anda tidak pernah keliru dengan tanda. Apabila soalan meminta anda menerangkan mengapa sesuatu tindak balas eksotermik atau endotermik, berikan sebab tenaga ikatan: tindak balas eksotermik membebaskan lebih banyak tenaga membentuk ikatan daripada yang diserap memutuskan ikatan, manakala tindak balas endotermik menyerap lebih banyak tenaga memutuskan ikatan daripada yang dibebaskan membentuk ikatan. Sentiasa nyatakan suhu dengan tanda dan unit, dan ingat bahawa “persekitaran” dalam eksperimen larutan biasanya bermaksud air atau larutan itu sendiri, sebab itulah kita mengukur suhunya.

Kesilapan lazim untuk dielakkan

Jangan kata tindak balas eksotermik “menjadikan tindak balas panas” tanpa menyatakan haba dibebaskan kepada persekitaran, skema pemarkahan mahukan pemindahan tenaga, bukan sekadar rasa. Jangan tulis ΔH sebagai positif untuk pembakaran atau peneutralan; ini eksotermik dan ΔH adalah negatif. Jangan kelirukan endotermik dengan perlahan: istilah ini menerangkan arah haba, bukan kelajuan. Akhir sekali, kekalkan bahasa yang tepat, “membebaskan haba kepada persekitaran” dan “menyerap haba daripada persekitaran” ialah frasa yang memperoleh markah.

Di mana ini terletak

Ini standard kandungan 11.1 bab Termokimia, dan ia adalah asas bagi segala selepasnya. Standard seterusnya menunjukkan cara melukis perubahan tenaga ini sebagai gambar rajah aras tenaga, dan standard kemudian menerapkan idea yang sama kepada haba tindak balas tertentu. Kukuhkan definisi dengan nota ulang kaji bab ini dan berlatih mengelaskan tindak balas dengan contoh penyelesaian. Dalam kelas Kimia SPM 1-ke-1 dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru kami mengasah rantaian suhu-ke-tanda sehingga menjadi automatik, kerana idea tunggal ini diuji sepanjang Kimia SPM.

Imbasan pantas

• Eksotermik: membebaskan haba, suhu naik, ΔH negatif; hasil mempunyai kandungan haba lebih rendah.
• Endotermik: menyerap haba, suhu turun, ΔH positif; hasil mempunyai kandungan haba lebih tinggi.
• Kelaskan mengikut perubahan suhu dahulu, kemudian nyatakan tanda ΔH.
• Contoh: pembakaran, peneutralan dan penyesaran adalah eksotermik; penguraian terma dan fotosintesis adalah endotermik.