תגובה אנדותרמית

תְּגוּבָה אֶנְדוֹתֶרְמִית היא תגובה כימית הצורכת אנרגיה מהסביבה, להבדיל מתגובה אקסותרמית, הפולטת אנרגיה לסביבה. לרוב, האנרגיה הנצרכת תסופק בצורת חום הנקלט בכלי התגובה ובשל כך תרד הטמפרטורה בסביבת התגובה. מקורה של המילה מהסיומת היוונית thermic (של חום) והתחילית endo (פנימה). בתגובה אנדותרמית אנתלפיית התגובה (ההפרש בין סך כל האנרגיה של התוצרים למגיבים) היא חיובית.

דיאגרמת אנרגיה

הפרשי אנרגיה בין מגיבים לתוצרים

המולקולות במצבן כפי שהוא בתחילת התגובה נקראות מגיבים, ואילו המולקולות בסוף התגובה נקראות תוצרים. בתגובה אנדותרמית המצב האנרגטי של התוצרים גבוה מהמצב האנרגטי של המגיבים. אנרגיה זו יכולה להתבטא בכך שמולקולות התוצרים בעלות מבנה מתוח יותר, מכופף יותר, או בעלות דחייה רבה יותר בין האטומים במולקולה (אנרגיית קשר גבוהה יותר). ככל שהאנרגיה האגורה במולקולה נמוכה יותר, כך המולקולה תהה יותר יציבה.

מצב מעבר

כל תגובה מולקולרית עוברת דרך מצב מעבר בין המגיבים והתוצרים, המצריך השקעה אנרגטית מסוימת – אנרגיית שפעול – מאחר שצריך להזיז זמנית את המולקולות ממצבם היציב.

ניתן לדמיין זאת כבניין בן שתי קומות, הקומה העליונה והקומה התחתונה הן המגיבים והתוצרים היציבים אנרגטית (בשתי הקומות ניתן לנוח). גם כדי לעלות במדרגות (למצב אנרגטי פחות יציב מאחר שנצבור אנרגיה פוטנציאלית או "אנרגיית גובה") וגם כדי לרדת במדרגות (לכיוון מצב אנרגטי יותר יציב), נצטרך להשקיע אנרגיה. זוהי אנרגיית השפעול.

מצב המעבר קרוב באנרגיה יותר לתוצרים, בניגוד לתגובה אקסותרמית בו הוא קרוב למגיבים.

דוגמה

בחימום של כוס מים, בטמפרטורת החדר (25 מעלות צלזיוס), עד לרתיחתם ב 100 מעלות, מתרחש תהליך של אידוי – מעבר מנוזל לגז. בתהליך, קשרים בין מולקולריים ניתקים, ולכן האנרגיה הפוטנציאלית הכימית של החומר עולה, בנוסף לאנרגיה הקינטית. לכן זוהי תגובה אנדותרמית – תגובה שקולטת אנרגיה מהסביבה.

מסיבה זו אצטון (שמתאדה ב-55 מעלות צלזיוס) ואתר (שב-35 מעלות), קרים יותר למגע – כבר בטמפרטורת החדר ישנה תגובת אידוי מואצת.

${\ce {H2O(l)->H2O(g)}}$

דוגמאות לתגובות אנדותרמיות

תגובות המתרחשות במזון בזמן אפיה, טיגון או בישול
הפיכה של יוני-כסף לכסף
פילמור של אתן לפוליאתילן
אלקטרוליזה. אנרגיה מסופקת בצורה של חשמל

קישורים חיצוניים

תרמודינמיקה
חוקי יסוד	חוקי שימור (החומר, האנרגיה) • חוקי התרמודינמיקה: אפס, ראשון, שני (ראו גם: תנועה נצחית, השד של מקסוול), שלישי
קבועים	קבוע הגזים • קבוע בולצמן • קבוע אבוגדרו • קבוע פלאנק
משתנים	אינטנסיבים (טמפרטורה, לחץ, פוטנציאל כימי) • אקסטנסיבים (אנטרופיה, נפח, מספר חלקיקים) • משוואת מצב
יחידות מידה	טמפרטורה (צלזיוס, קלווין, יח' אחרות) • נפח (ליטר, מטר מעוקב) • לחץ (בר, אטמוספירה, פסקל) • מספר חלקיקים (מול) • אנרגיה (ג'אול, קלוריה)
אפיון	הפיכות • שינוי האנתלפיה (תהליך אקסותרמי, תהליך אנדותרמי) • שינוי באנרגיה (תהליך ספונטני, תהליך מאולץ) • תהליך (איזוברי, איזותרמי, איזוכורי, אדיאבטי, איזנטרופי, איזואנתלפי)
פוטנציאלים תרמודינמיים	אנרגיה פנימית • אנתלפיה • האנרגיה החופשית של הלמהולץ • האנרגיה החופשית של גיבס
מצבי צבירה ומעברי פאזות	מצבי צבירה (מוצק, נוזל, גז) • מעברי פאזות (התכה, התאדות, המראה, התעבות, הקפאה) • נקודת התכה • נקודת רתיחה • נקודה משולשת • נקודה קריטית • דיאגרמת פאזות • משוואת קלאוזיוס-קלפרון • חוק הפאזות של גיבס
גזים	גז אידיאלי • גז ואן דר ואלס • התאוריה הקינטית של הגזים • לחץ חלקי • חוק ראול • מודל דלטון • חוק בויל-מריוט • חוק גה-ליסאק • חוק שארל• משוואת הגז האידיאלי
חום וטמפרטורה	האפס המוחלט • יח' מידה לטמפרטורה • שיווי משקל תרמודינמי • קיבול חום • יחס קיבולי החום • חום כמוס • חוק הס • קלורימטר • אפקט ג'ול-תומסון • הסעת חום • מוליכות חום • מעבר חום • קרינה תרמית • קשר מאייר • האינדקס האדיאבטי
מעגלי עבודה	מעגלים תרמודינמיים (קרנו, סטרלינג, ברייטון, אריקסון, רנקין, סטירלינג, דיזל, לנואר, אוטו, היגרוסקופי, סקודירי, סטודרד) • נצילות
יישומים	מכונות חום • מנועים • משאבות • משאבת חום • מחליף חום • מיזוג אוויר • מקרר • קירור תרמואלקטרי • תחנות כוח
מונחים נוספים	תאוריית הקלוריק • תנועה בראונית • פונקציית מצב • תרמודינמיקה סטטיסטית • קשרי מקסוול • תרמוכימיה
דמויות בולטות	דניאל ברנולי (1700–1782) • בנג'מין תומפסון (1753–1814) • סאדי קרנו (1796–1832) • אמיל קלפרון (1799–1874) • רוברט מאייר (1814–1878) • ג'יימס ג'ול (1818–1889) • ויליאם ג'ון מקורן רנקין (1820–1872) • הרמן פון הלמהולץ (1821–1894) • רודולף קלאוזיוס (1822–1888) • ויליאם תומסון (1824–1907) • ג'יימס קלרק מקסוול (1831–1879) • יוהנס דידריק ואן דר ואלס (1837–1923) • ג'וסיה וילארד גיבס (1839–1903) • לודוויג בולצמן (1844–1906) • מקס פלאנק (1858–1947) • פייר דוהם (1861–1916) • קונסטנטין קרתיאודורי (1873–1950) • לארס אונסגר (1903–1976)