Expansión de gases

Este proceso ya está a nuestro alrededor todos los días. Es lo que hace llover.

Cuando tiene un gas encerrado en alguna cápsula y alrededor hay una presión más baja (e idealmente vacío), cuando libera el gas, comenzará a expandirse rápidamente con la pérdida de energía interna, enfriando efectivamente el gas y su entorno. No funciona igual para todos los gases; por ejemplo, Hey Hlos gases tienen el efecto inverso en la temperatura ambiente (sin embargo, logran enfriarse a temperaturas mucho más bajas).

En el mundo real, funciona en las nubes. Cuando la Tierra produce y libera aire caliente, asciende porque es más ligero que el aire frío. Cuanto más alto esté, menos presión hay alrededor y el gas ascendente se expande, lo que lo enfría. A una altura de ~2 km, alcanzará la temperatura necesaria para la condensación del gas de agua en gotas de agua, formando efectivamente "nubes" que se pueden ver. Cuando se expande más y más alto (tiene que ser alimentado desde abajo porque el gas más pesado y, por lo tanto, más frío tiende a caer en forma de lluvia), es posible que pueda formar incluso nubes de tormenta ( Cumulonimbus ), que son realmente altas. En la parte superior de eso, se expande efectivamente hasta casi el vacío, enfriándose así MUCHO. En ese momento, se puede formar una tormenta de granizo, que es solo lluvia extremadamente fría.

La bomba

Para una bomba que utiliza tal expansión, no necesitas ninguna reacción, ni ignición, ni ningún tipo de magia. Solo necesita una cápsula que almacenará MUCHO gas que se puede liberar. Al liberar el gas, se expandirá rápidamente (por lo tanto, producirá el efecto de "explosión", onda de presión, etc.) y se enfriará en el proceso. Si se libera lo suficientemente rápido, consumirá su energía interna para expandirse, enfriando así los objetos circundantes.

El problema para fabricar una bomba de este tipo es que se necesita comenzar con gas a alta presión a temperatura ambiente, que es difícil de encontrar. Si comprime el gas, tiende a elevar su temperatura, por lo que debe hacerlo por pasos. Además, la cápsula que use debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar tal presión. Eso también podría ser un problema, hoy en día los cilindros de gas usados ​​no son realmente robustos y contienen muy poco gas para los propósitos de su bomba.

Esta podría ser una respuesta un poco decepcionante, pero es lo mejor que puedo hacer mientras me atengo al realismo.

Para absorber calor

Una solución simple es usar un dispositivo que provoque una rápida evaporación/sublimación de un líquido o sólido. Ya tenemos algo similar: una botella llena de nitrógeno líquido. Para mejorar el dispositivo, puede presurizarlo para evitar una evaporación ineficaz, para que el dispositivo sea más fácil de almacenar. (para que tu personaje pueda decir cosas como "oye, mira, este arsenal abandonado hace siglos parece contener algunas bombas endotérmicas, podemos usar eso para...")

Para absorber la luz

La capa de ozono está absorbiendo luz ultravioleta en este momento, al menos en el lado iluminado por el sol de este planeta, con suerte, sin embargo, los gases como el ozono son específicos de la frecuencia en su absorción de luz, lo que significa que la luz de un color / frecuencia diferente no puede ser absorbida por el mismo gas, por lo que se necesita una mezcla de muchos gases para absorber una amplia gama de luz (también debe tener en cuenta la reemisión donde el gas energizado libera esa energía en una frecuencia más baja).
Esto será aburrido, pero si el propósito es bloquear la luz en lugar de eliminar la energía fotónica, simplemente use una bomba de humo.

para electricidad

Solo puedo imaginar que esto sea útil cuando el objetivo sea algún tipo de maquinaria que funcione con electricidad. Los EMP tradicionales probablemente harán el trabajo, pero si desea reducir físicamente la cantidad de electricidad que corre en el sistema, pruebe con una bomba de grafito , que provocará un cortocircuito.

algo de fisica/quimica

Una reacción endotérmica en cadena no es posible debido a esta ecuación:

ΔH es el cambio de entalpía, en reacciones endotérmicas, es positivo

T es la temperatura, disminuirá en el caso de reacciones endotérmicas, siempre es positiva porque se mide en Kelvins

ΔS es el cambio de entropía, el enfriamiento generalmente significa que este valor es positivo, pero puede ser negativo en el caso de la evaporación

Entonces, dicho esto, a medida que continúa la reacción endotérmica, T disminuirá, por lo que no importa cuál sea la positividad / negatividad de su ΔS, la reacción siempre comenzará a volverse no espontánea porque el efecto de ΔS está disminuyendo mientras que ΔH es positivo. y constante, lo que hace que ΔG se vuelva positivo.

Sorprendentemente (al menos para mí, al principio) realmente hay reacciones químicas que avanzan útilmente rápidamente y son fuertemente endotérmicas. Tampoco se requieren necesariamente productos químicos exóticos:

Un ejemplo clásico es mezclar hielo y sal para obtener una temperatura inferior a la de congelación, como se hacía para hacer helado, antes de que existiera la refrigeración.
http://physicsbuzz.physicscentral.com/2014/06/the-science-of-ice-cream.html

Otro ejemplo: uno que funciona bien a partir de reactivos estrictamente a temperatura ambiente son las "bolsas de hielo instantáneas" que se usan en primeros auxilios (ideales para esguinces); ver https://en.wikipedia.org/wiki/Ice_pack#Instant_ice_packs

El mecanismo de lo que parece ser una violación de la primera ley de la termodinámica es que la segunda ley se involucra, a través de la energía libre de Gibbs: https://en.wikipedia.org/wiki/Gibbs_free_energy

No conozco ninguna reacción de este tipo que sea de mucha utilidad como arma, excepto contra un pobre pez dorado en una pecera :-(

La bomba endotérmica sería un disipador de calor. El problema para un punto de sumidero es que solo puede ir a ~0 Kelvin, lo que no es tan impresionante en comparación con el exotérmico de al menos ~500 Kelvin. El fregadero puntual simplemente no tiene una "succión" comparable a la "expansión" de la fuente de calor. Por lo tanto, no hay "explosión" desde un punto de sumidero.

Por lo tanto, la bomba necesitaría esparcir la sustancia en un gran volumen. Un mecanismo podría ser que las moléculas estén presurizadas antes de ser liberadas y que en la presión las moléculas no reaccionen, pero a medida que se liberan, el gas se esparce y luego hace la reacción. Para eso se puede hacer una especie de aproximación de la potencia que "succionaría" el fregadero. A la inversa, podría intentar encontrar una reacción que pudiera producir este efecto requerido.

Una cosa podría ser que la energía para las reacciones se absorba directamente del objetivo. No sería una explosión, sino más bien un ataque con gas.

EDITAR: Una cosa a tener en cuenta es que, a diferencia de la explosión exotérmica, la frontera se empuja a sí misma, en la endotérmica, la frontera sería "succionada" tan pronto como comience la reacción. Por lo tanto, la reacción debe ser más lenta. El mecanismo efectivo podría ser la expansión de la presión estabilizadora después de que el sumidero haya "aspirado" energía. En exotérmico, el mecanismo efectivo es la expansión al principio y luego hay una succión suave para que la presión se estabilice. Las reacciones exotérmicas simplemente son mejores porque pueden expandirse y no tienen un límite térmico similar al endotérmico.

No hay handwavium pero no es posible con nuestra tecnología actual: convertir energía en materia. Esto requerirá una cantidad considerable de energía y absorberá el calor a su alrededor. Para obtener 1g de materia, necesitas$8 \times 10^{14}$julios de energía, que es bastante. Si hice bien los cálculos, reducirá la temperatura de 10 millones de toneladas en 190 grados.

Explosivo endotérmico

Los explosivos entrópicos son impulsados ​​por la entropía más que por la entalpía.

Muchos explosivos modernos son en realidad endotérmicos. Sin embargo, el efecto no se parece en nada a lo que esperas. En resumen, para que la reacción sea impulsada por la entropía, básicamente necesitaría generar una ENORME cantidad de gas en un corto espacio de tiempo.

El efecto mecánico de conmoción lo haría casi indistinguible de un explosivo exotérmico.

Se puede encontrar más información en Chemistry SE https://chemistry.stackexchange.com/questions/41979/are-non-exothermic-explosions-possible

bomba fria

Sin embargo, lo que describiste no es un explosivo endotérmico, sino una bomba fría. Un dispositivo que elimina la Entropía de su entorno al instante.

Esto rompe la segunda ley de la termodinámica.

Al considerar la bomba y su entorno como un sistema cerrado. La bomba es capaz de reducir la entropía de un sistema cerrado. Esto está prohibido por la segunda ley.

Cualquier dispositivo de este tipo debe eludir esta ley. Posiblemente "abriendo el sistema", usando un agujero de gusano.

No funcionará.
La segunda ley de la termodinámica requiere que la entropía aumente e implica que para disminuir la entropía, debe realizar un trabajo que agregue más energía al sistema de la que extrajo.
Entonces, por ejemplo, si tiene dos objetos a temperatura ambiente, necesitará trabajar, es decir, transferir energía al sistema para mover el calor de uno a otro. Eso significa que su bomba no puede estar a temperatura ambiente, ya que para eliminar Q Joules de calor de la habitación, deberá agregar W Joules de trabajo realizado, por lo que la energía total en el sistema ahora es Q+W Joules, y para cualquier combinación de Q y W , la energía total del sistema es mayor que Q solo.
"Bomba" implica una reacción química. Para generar una reacción altamente endotérmica, te encuentras con el mismo problema que el anterior. El estado de energía más bajo, es decir, lo que queda después de cada posible reacción exotérmica posible, dados los reactivos presentes, es el más estable, al igual que un cuerpo en el fondo de un acantilado es gravitacionalmente más estable que en la cima. Para que su mezcla química se mueva a una combinación diferente, deberá suministrar energía, como se describe anteriormente. Esto le permite pasar a una mezcla química diferente que PUEDE moverse potencialmente a una mezcla de un estado de energía más bajo y VOLUNTAD, a menos que haya una barrera de energía en el camino. Piense en ello como estar parado en un acantilado con una pared alta entre usted y el borde. Cuanto más alta sea la pared, menor será el riesgo de caerse. Por otro lado, si

En términos termodinámicos, se necesita una alta concentración inicial de energía para iniciar la reacción, seguida de la devolución de parte de ella. Ahora bien, ten en cuenta que la fuente de energía va a ser el aire a temperatura ambiente. Como señalé en el primer párrafo, hace unas 200 palabras, no se puede obtener mucha energía de un sistema a la misma temperatura, sin hacer trabajo, así que supongamos un fusible para iniciar el proceso, dale un empujón sobre el acantilado.
El fusible empuja a las primeras moléculas al estado de mayor energía y ellas devuelven algo de energía, una fracción de lo que se suministró, lo que puede empujar una fracción del número de moléculas que reaccionaron inicialmente. Entonces, digamos que el 40% reaccionó en la segunda ronda. En la tercera reaccionará el 40% del número de la segunda ronda, y así sucesivamente. La reacción no puede sostenerse por sí misma; se necesita más energía.

En pocas palabras, desde arriba, la única energía absorbida es la generada por el fusible. Por otro lado, parte de la energía liberada a medida que los productos ruedan por la pared, se pierde en el entorno. Resultado neto, ganancia de energía por el medio ambiente.
TL: DR, las bombas endotérmicas no funcionan, a menos, por supuesto, que las estés usando para amortiguar una reacción exotérmica fuera de control.

Respuesta corta

No.

Respuesta larga

Hay 2 partes en su pregunta.

La parte de la bomba . Supongo que esto significa que hay una reacción espontánea con un epicentro y una explosión que se propaga radialmente .

La parte endotérmica . Esto significa que a medida que avanza la reacción, enfría el entorno a su paso.

Supongamos que existe tal reacción, que fue espontánea (tenía energía de Gibbs negativa) y endotérmica:

Esto significaría que a medida que avanza la reacción, los reactivos y los productos se expandirían (dados los supuestos que rodean la explosión). Para una reacción endotérmica,$\Delta H$es positivo (a medida que la energía interna aumenta$U$aumenta al absorber calor y el volumen,$V$, está aumentando para los componentes fluidos de la reacción - debido a la dispersión debido a la explosión)

$T$va disminuyendo con el tiempo. (ya que es una reacción endotérmica)

$S$depende de la naturaleza de la reacción. Para que la reacción sea espontánea al comienzo (nuestra suposición para el comienzo de la reacción), a medida que avanzaba la reacción, suponiendo que la mecánica de la reacción permaneciera igual (no es cierto, explicaré por qué más adelante), esto sería todavía significa que la energía general de Gibbs tendería hacia un valor positivo con el tiempo.

Cuando llega a 0, deja de ser espontáneo y la reacción dejará de ser espontánea. (se propagará mientras sea cinéticamente permisible, es decir, se satisfagan las restricciones de activación)

por que pienso$S$disminuirá con el tiempo

La reacción se propaga radialmente, por lo que los propios componentes de la reacción tienen que difundirse radialmente desde el epicentro.

Considerando la entropía de Boltzmann (estocástica, basada en estados) como una medida del sistema, en el sistema de la explosión, la energía interna de los componentes del fluido solo disminuye. Esto significa que el desorden general del sistema disminuye, disminuyendo así la entropía. Los componentes gaseosos dominan la medida de la entropía por lo tanto, esto significa que hay$S$disminuirá con el tiempo.

Una respuesta pero no a tu pregunta.

Deja caer un globo lleno de nitrógeno líquido y estará cerca de lo que creo que te estás imaginando.

Esto no es realmente una 'reacción', pero tendrá el efecto de una bomba endotérmica (el impacto será del nitrógeno en expansión) y los alrededores se enfriarán debido a que el nitrógeno absorbe el calor latente.

¿Qué tal una hipotética reacción nanotermítica autorreplicante endotérmica?

El principio detrás de una reacción nanotermítica autorreplicante es que los componentes de la reacción producen la materia prima necesaria para que la reacción continúe indefinidamente desde el entorno.

La energía absorbida proporcionaría acceso a los estados cuánticos de alta energía necesarios para atravesar la barrera de energía de activación (de esta vía de reacción hipotética) y los productos sólidos emitidos se dejarían a una temperatura tan baja que sobreenfriarían su entorno a medida que pasan. .

Esto es solo para pensar, pero supongo, pero no creo que las condiciones de reacción en la Tierra puedan sostener tal reacción.

Una respuesta corta que no repite lo que se ha dicho en otras respuestas, solo agrega una aclaración conceptual:

Suponiendo que de hecho puede causar una gran reacción endotérmica (que no sería una "explosión"), una cosa a tener en cuenta es que una reacción exotérmica realmente solo produce calor. Sí, la luz es un subproducto: cuando algo se calienta, emite una variedad de radiación EM, incluida la luz visible si está lo suficientemente caliente, pero al final todo es solo calor. Los productos químicos que reaccionan endotérmicamente simplemente se enfrían y, por lo tanto, no "absorben" directamente la luz, la electricidad o cualquier otra forma de energía. El resultado neto de una gran reacción endotérmica es que el área inmediata se vuelve más fría que antes.

Aún así, ¿qué podría hacer el enfriamiento rápido? La contracción rápida de algunos sólidos quebradizos hace que se rompan o rompan (intente sumergir vidrio caliente en agua helada). Los sistemas electrónicos sin protección acumularán escarcha del vapor de agua en el aire, lo que podría causarles un cortocircuito cuando se descongelen. Los seres vivos se congelan. En general, el efecto es bastante leve si la temperatura no se mantiene, y convertirlo en un arma sería difícil sin tecnología alienígena u otro movimiento manual.

Si su 'civilización' estaba en el océano u otra masa de agua, hay varias reacciones que rápidamente extraerían calor del agua, por ejemplo, el cloruro de amonio, cuando se mezcla con agua, reduce la temperatura del agua a su alrededor. Youtube

Encierre el cloruro de amonio en una 'bomba' y detónelo en el agua.