Kemia 3 – luku 4 Kemiallisessa reaktiossa tapahtuvat energian muutokset
Potentiaalienergiaa
on varastoituneena kemiallisiin sidoksiin, jotka ovat erivahvuisia sähköisiä
vetovoimia aineen rakenneosien välillä. Kineettinen energia tarkoittaa
hiukkasten liike-energiaa. Tämä koostuu hiukkasten lämpöliikkeestä ja
pyörimisestä sekä sidosten taipumisesta ja venymisestä. Kun kemiallinen reaktio
tapahtuu, eli aineet muuttuvat toisiksi aineiksi, tapahtuu aina
energiamuutoksia. Reaktiossa vapautuva energia voidaan havaita esim valona,
mutta useimmiten energia vapautuu ympäristöön lämpönä. Tällaisia reaktioita
sanotaan eksotermisiksi eli lämpöä vapauttaviksi reaktioiksi.
Jos
kemiallinen reaktio sitoo lämpöä ympäristöstä, sitä sanotaan endotermiseksi
reaktioksi. Tällaisen reaktion seurauksena ympäristön lämpötila siis laskee. Jotta
kemiallinen reaktio tapahtuisi, täytyy lähtöaineiden sidosten katketa ja
reaktiotuotteiden sidosten muodostua. Sidosten katkeaminen on aina energiaa
sitova eli endoterminen vaihe. Uusien sidosten muodostuminen puolestaan aina
vapauttaa energiaa eli tämä on eksoterminen vaihe. Kemialliseen reaktioon
liittyvä kokonaisenergiamuutos voidaan siis ajatella näiden kahden vaiheen
summana.
Kemiallisten
reaktioiden energiamuutoksia kuvataan entalpian muutoksella. Entalpia H kuvaa
aineen sisäenergiaa, joka koostuu sidosten potentiaalienergiasta ja hiukkasten
liike-energiasta. Reaktion entalpiamuutoksella ∆H tarkoitetaan
reaktiotuotteiden ja lähtöaineiden entalpia-arvojen erotusta eli
∆H =
H (reaktiotuotteet) - H(lähtöaineet)
Eksotermisessä
reaktiossa ∆H < 0 ja endotermisessä reaktiossa ∆H >0.
Kun
reaktio tapahtuu vesiliuoksessa tai aine liuotetaan veteen kalorimetrissä,
lasketaan reaktioentalpia ∆H seuraavan yhtälön avulla:
∆H =
cm ∆T
missä
c on veden ominaislämpökapasiteetti, eli 4,19 kJ/kgK, m veden massa (kg) ja ∆T reaktion aikana
mitattu lämpötilan muutos (K).
Sidosenergia
kuvaa sitä energiamäärää (kJ), joka tarvitaan katkaisemaan yksi mooli
tarkasteltavia sidoksia.
Erilaisia entalpiamuutoksia
Erilaisten
kemiallisten reaktioiden entalpiamuutoksia kuvataan omilla termeillään.
Entalpia-sanan synonyyminä käytetään usein sanaa lämpö. Reaktioentalpialla eli
reaktiolämmöllä tarkoitetaan tällöin sitä entalpiamuutosta, joka liittyy
tasapainotetun reaktioyhtälön mukaisiin ainemääriin. Muodostumisentalpia eli
muodostumislämpö puolestaan tarkoittaa sitä entalpiamuutosta, joka liittyy
reaktioon, jossa yksi mooli nestettä syntyy alkuaineistaan.
Palamislämpö
kuvaa sellaisen reaktion entalpiamuutosta, jossa yksi mooli ainetta reagoi
täydellisesti hapen kanssa. Koska kaikki palamisreaktiot ovat eksotermisiä,
ovat palamislämpöjen entalpia-arvotkin aina negatiivisia.
Liukenemislämpö
on entalpiamuutos, joka liittyy ioniyhdisteiden liukenemistapahtumaan.
Liukenemisessa ionihila hajoaa (endoterminen vaihe), ja vapautuneet ionit
hydratoituvat vesimolekyyleillä (eksoterminen vaihe). Liukenemislämpö on siis
näiden kahden vaiheen entalpiamuutosten summa.
Hessin
lain mukaan kemiallisen reaktion reaktioentalpia on sama, vaikka
reaktiotuotteet muodostuvatkin samoista lähtöaineista eri reittien kautta.
Ravinto solujemme energian lähteenä
Ravintoaineista
saatava energia kuluu pääasiassa elimistön lämpötilan säätelyyn, lihasten
toimintaan sekä solujen ja kudosten uusiutumiseen. Mikäli ravinnosta tulee
energiaa enemmän kuin sitä kulutetaan, se varastoituu triglyserideinä
rasvakudokseen.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti