Энтальпия реакции (или теплота реакции, ΔH) измеряет общую энергию, выделяемую или поглощаемую во время химической реакции. Экзотермические реакции выделяют тепло (ΔH < 0), как горение или ржавление. Эндотермические реакции поглощают тепло (ΔH > 0), как таяние льда или фотосинтез. Энтальпия играет центральную роль в понимании энергетики реакций и прогнозировании того, будут ли реакции самопроизвольными.

Формула

Используя закон Гесса:

ΔH_reaction = Σ ΔH_f(products) - Σ ΔH_f(reactants)

Где ΔH_f — стандартная энтальпия образования (энергия образования 1 моля вещества из элементов в стандартном состоянии).

Или из экспериментальных данных:

ΔH = q / n

Где q — поглощенное/выделенное тепло (в джоулях), а n — моли ограничивающего реагента.

Рабочий пример

Рассчитайте энтальпию для: 2H₂ + O₂ → 2H₂O.

Используя стандартные энтальпии образования (при 25°C):

  • ΔH_f(H₂) = 0 кДж/моль
  • ΔH_f(O₂) = 0 кДж/моль
  • ΔH_f(H₂O) = -285,8 кДж/моль
ΔH_reaction = [2 × (-285.8)] - [2 × 0 + 1 × 0]
            = -571.6 - 0
            = -571.6 kJ/mol

Это сильно экзотермическая реакция: при горении водорода выделяется 571,6 кДж на моль потребленного кислорода.

Типы реакций

Тип ΔH Пример
экзотермический < 0 Горение, нейтрализация, замораживание
Эндотермический > 0 Плавление, растворение, фотосинтез
Термонейтральный ≈ 0 Фазовые изменения при равновесии

Спонтанность и ΔG

Сама по себе энтальпия не определяет, является ли реакция самопроизвольной. Свободная энергия Гиббса сочетает в себе энтальпию и энтропию:

ΔG = ΔH - TΔS

Реакция является самопроизвольной, когда ΔG < 0. Экзотермическая реакция с отрицательным ΔH, скорее всего, будет спонтанной, но энтропия (ΔS) также имеет значение.

Калориметрия

Экспериментальным путем энтальпию находят путем измерения тепловыделения в калориметре:

q = m × c × ΔT

Где m — масса, c — удельная теплоемкость, а ΔT — изменение температуры. Энтальпия реакции равна -q (отрицательна, поскольку тепло, выделяющееся в результате реакции, поглощается калориметром).

Советы

Помните, что энтальпии образования элементов в стандартном состоянии по определению равны нулю. При поиске значений обратите внимание на состояние (твердое, жидкое, газообразное) — разные состояния имеют разные энтальпии. Также будьте осторожны с условными обозначениями: отрицательное значение ΔH означает, что тепло выделяется в окружающую среду.

Используйте наш Калькулятор энтальпии реакции, чтобы мгновенно вычислить энтальпию реакции на основе энтальпии образования.