Тепловий ефект хімічної реакції

Однією з ознак хімічної реакції є виділення або поглинання енергії (найчастіше теплової).
Хімічні реакції, що супроводжуються виділенням енергії, називаються екзотермічними, а реакції, що протікають з поглинанням енергії – ендотермічними.
Прикладом екзотермічної реакції може бути будь-яка реакція горіння, наприклад, горіння магнію в кисні (Мал. 1)
2Mg + O2 = 2MgO.
До ендотермічних реакцій відноситься значна кількість реакцій розкладання, наприклад, реакція розкладання кальцій карбонату при нагріванні (Мал. 2 ).
СаСО3 = СаО↑ + СО2
горение_магния

Мал. 1. Горіння магнію в кисні.

Разложение кальций карбоната

Мал. 2. Термічне розкладання натрій гідрогенкарбонату.

 

 

 

 

 

 

.
Кожна речовина має запас внутрішньої енергії (U), яка включає енергію руху та енергію взаємодії атомів, молекул, йіонів, а також енергію, пов’язану з існуванням складових частин атомів і ядерну енергію. (Мал. 3.)
Внутренняя ен

Мал. 3. Внутрішня енергія речовини.

Енергетичні зміни, які відбуваються в процесі хімічних реакцій, підлягають закону збереження і перетворення енергії:  енергія не виникає з нічого і не зникає безслідно, а тільки переходить з однієї форми в іншу.
Під час  хімічних реакцій одні хімічні зв’язки руйнуються, а інші утворюються; змінюється електронний стан атомів, їх взаємне розташування, а тому і внутрішня енергія продуктів реакції відрізняється від внутрішньої енергії реагентів.
При цьому можливі два випадки.
1. Uреагентів > Uпродуктів реакції. Згідно закону збереження енергії в результаті такої реакції енергія  виділяється в навколишнє середовище: продукти реакції, хімічний посуд, повітря  нагріваються.  Тобто в цьому випадку здійснюються екзотермічні реакції.
2. Uреагентів < Uпродуктів реакціїВідповідно до закону збереження енергії в цьому випадку речовини поглинають енергію з навколишнього середовища і реакційна суміш охолоджується. В цьому випадку проходять ендотермічні реакції.
Різниця між внутрішньою енергією вихідних речовин і продуктів реакції є тепловим ефектом реакції.
Тобто тепловий ефект реакції – це енергія, яка виділяється або поглинається під час хімічної реакції.
Якщо хімічні реакції проходять при сталому тиску, то користуються фізичною величиною ентальпія (енергія, яка доступна для перетворення в теплоту при певному постійному тиску), яку позначають латинською літерою Н. Зміна ентальпії (ΔН ) – це тепловий ефект реакції при сталому тиску:

ΔНреакціїНпродуктів реакції – Нреагентів.

Якщо ентальпія продуктів реакції менша за ентальпію реагентів (ΔН<0), то під час реакції теплота виділяється і відбувається екзотермічна реакція.
Якщо ентальпія продуктів реакції більша за ентальпію реагентів (ΔН>0), то під час реакції теплота поглинається і відбувається ендотермічна реакція.
Зміна ентальпії

Мал. 4. Зміна ентальпії під час реакції.

Зазвичай теловой ефект реакції відносять до тих кількостей речовин, які визначені рівнянням, і виражають його в одиницях енергії: джоулях (Дж) або кілоджоулях (кДж).Рівняння реакцій, в яких враховуються їх теплові ефекти, називаються термохімічними.
Розглянемо термохімічне рівняння екзотермічної реакції горіння магнію:
2Mg + O2 = 2MgO, ΔН=-1203 кДж.
Відповідно до цього рівняння реакції при згорянні 2 моль магнію виділяється 1203 кДж енергії.
Для ендотермічної реакції розкладання кальцій карбонату отримаємо:
СаСО3 = СаО↑ + СО2, ΔН=+180 кДж.

Відповідно до цього рівняння реакції при розкладанні 1 моль кальцій карбонату поглинається 180 кДж енергії.

Вопрос

.

1. Що показує тепловий ефект реакції? На які типи поділяються реакції за його значенням?

2.Що таке ентальпія? Що можна визначити за значенням зміни ентальпії речовин під час реакції?

3. За термохімічними  рівняннями реакцій визначте:

а) екзотермічні; б) ендотермічні реакцій.

1) С + О2 = СО2; ΔН= – 394 кДж

2) 2NH3 = N2 + 3H2; ΔН= + 46,2 кДж

3) C + H2O = CO + H2; ΔН= + 131,4 кДж

4) Сu + Cl2=CuCl2; ΔН= – 206 кДж

 

До сторінки Хімічні реакції та закономірності їх перебігу