反応エンタルピー (または反応熱、ΔH) は、化学反応中に放出または吸収される総エネルギーを測定します。発熱反応により、燃焼や錆びなどの熱が放出されます (ΔH < 0)。吸熱反応は、氷の融解や光合成と同様に熱を吸収します (ΔH > 0)。エンタルピーは、反応エネルギー論を理解し、反応が自発的に起こるかどうかを予測する上で中心となります。
数式
ヘスの法則を使用すると、次のようになります。
ΔH_reaction = Σ ΔH_f(products) - Σ ΔH_f(reactants)
ここで、ΔH_f は標準生成エンタルピー (標準状態の元素から 1 モルの物質を生成するエネルギー) です。
または実験データから:
ΔH = q / n
ここで、q は吸収/放出される熱 (ジュール単位)、n は制限試薬のモル数です。
実際に動作した例
エンタルピーの計算: 2H₂ + O₂ → 2H₂O
標準生成エンタルピー (25°C) を使用すると、次のようになります。
- ΔH_f(H₂) = 0 kJ/mol
- ΔH_f(O₂) = 0 kJ/mol
- ΔH_f(H₂O) = -285.8 kJ/mol
ΔH_reaction = [2 × (-285.8)] - [2 × 0 + 1 × 0]
= -571.6 - 0
= -571.6 kJ/mol
これは非常に発熱反応であり、水素が燃焼すると、消費される酸素 1 モルあたり 571.6 kJ が放出されます。
反応の種類
| タイプ | ΔH | 例 |
|---|---|---|
| 発熱 | < 0 | 燃焼、中和、凍結 |
| 吸熱性 | > 0 | 融解、溶解、光合成 |
| サーモニュートラル | ≈ 0 | 平衡状態での相変化 |
自発性とΔG
エンタルピーだけでは、反応が自発的であるかどうかを判断することはできません。ギブスの自由エネルギーは、エンタルピーとエントロピーを組み合わせたものです。
ΔG = ΔH - TΔS
ΔG < 0 の場合、反応は自発的です。負の ΔH を伴う発熱反応は自発的である可能性が高くなりますが、エントロピー (ΔS) も重要です。
熱量測定
実験的には、エンタルピーは熱量計で熱放出を測定することで求められます。
q = m × c × ΔT
ここで、m は質量、c は比熱容量、ΔT は温度変化です。反応エンタルピーは -q です (反応によって放出された熱は熱量計によって吸収されるため、負です)。
ヒント
標準状態の元素の生成エンタルピーは定義上ゼロであることに注意してください。値を調べるときは、状態 (固体、液体、気体) に注意してください。状態が異なればエンタルピーも異なります。符号の規則にも注意してください。負の ΔH は周囲に放出される熱を意味します。
反応エンタルピー計算ツール を使用して、生成エンタルピーから反応エンタルピーを瞬時に計算します。