Тепловой эффект химической реакции или изменение энтальпии системы вследствие протекания химической реакции — отнесенное к изменению химической переменной количество теплоты, полученное системой, в которой прошла химическая реакция и продукты реакции приняли температуру реагентов.
Чтобы тепловой эффект являлся величиной, зависящей только от характера протекающей химической реакции, необходимо соблюдение следующих условий:
- Реакция должна протекать либо при постоянном объёме Qv(изохорный процесс), либо при постоянном давлении Qp(изобарный процесс).
- В системе не совершается никакой работы, кроме возможной при P = const работы расширения.
Если реакцию проводят при стандартных условиях при Т = 298,15 К = 25 ˚С и Р = 1 атм = 101325 Па, тепловой эффект называют стандартным тепловым эффектом реакции или стандартной энтальпией реакции ΔHrO. В термохимии стандартный тепловой эффект реакции рассчитывают с помощью стандартных энтальпий образования.
Эндотерми́ческие реа́кции (от др.-греч. ἔνδον — внутри и θέρμη — тепло) — химические реакции, сопровождающиеся поглощением теплоты. Для эндотермических реакций изменение энтальпии и внутренней энергии имеют положительные значения (
, 
), таким образом, продукты реакции содержат больше энергии, чем исходные компоненты.
К эндотермическим реакциям относятся:
- реакции восстановления металлов из оксидов,
- электролиза (поглощается электрическая энергия),
- электролитической диссоциации (например, растворение солей в воде),
- ионизации,
- фотосинтеза.
-
Экзотермическая реакция — химическая реакция, сопровождающаяся выделением теплоты. Противоположна эндотермической реакции.
Полное количество энергии в химической системе чрезвычайно трудно измерить или подсчитать. С другой стороны, изменение энтальпии ΔH в химической реакции гораздо легче измерить или сосчитать. Для этих целей используют калориметры. Измеренное значение ΔH соотносится сэнергией связи молекул следующим образом:
ΔH = энергия, потраченная на разрыв связей — энергия, выделенная при образовании связей продуктов реакции.
Для экзотермических реакций эта формула даёт отрицательное значение для ΔH, так как большее значение вычитается из меньшего значения. При сгорании водорода, например:
2H2 + O2 → 2 H2O
изменение энтальпии равно ΔH = −483.6 кДж на один моль O2.
Эндотермические реакции противоположны экзотермическим реакциям.
Энтальпи́я, также тепловая функция и теплосодержание — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.
Единица энтальпии образования вещества в СИ - джоуль на моль (Дж/моль), в химии используется более удобная кратная единица - килоджоуль на моль (кДж/моль).
Пример. Энтальпия образования газообразного диоксида углерода равна ΔH°298(CO2) = -393 кДж/моль:
| С(т) + O2(г) = CO2(г); ΔH° = -393 кДж |
т.е. при образовании 1 моль CO2 по этой реакции выделится во внешнюю среду теплота, равная 393 кДж.
| 2N2(г) + 5O2(г) = 2N2O5(г); ΔH° = +22 кДж |
при образовании 1 моль N2O5 в этой реакции из внешней среды в систему передается теплота, равная 11 кДж: ΔH°(N2O5) = +22 кДж ÷ 2 моль = +11 кДж/моль.
Энтальпия образования простых веществ принята равной нулю, причем нулевое значение энтальпии образования простого вещества приписывается одному, точно определенному состоянию этого вещества, называемому базовым (эталонным состоянием).
Тепловой эффект реакции - теплота, сопровождающая данную реакцию и отнесенная к определенному количеству вещества. Величина теплового эффекта реакции зависит от условий ее проведения и состояния веществ. вступающих в реакцию (реагентов), и веществ, образующихся в результате реакции (продуктов реакции).
Впервые основное свойство тепловых эффектов реакции, проводимых при постоянном объеме или при постоянном давлении, было сформулировано в 1840 г. Г.И. Гессом.
^ Закон Гесса утверждает: тепловой эффект реакции не зависит от промежуточных стадий, а определяется лишь начальными и конечными состояниями веществ, если единственной работой является работа расширения, и объем (или давление) в ходе реакции остается неизменным. Таким образом, если возможно проведение реакций несколькими способами, то при совпадении состояний реагентов и продуктов реакции тепловой эффект ее должен быть одним и тем же.
Из закона Гесса вытекают два важнейших следствия:
1) тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования простых веществ продуктов реакции за вычетом суммы теплот образовании из простых веществ исходных соединении;
2) тепловой эффект реакции равен сумме теплит сгорания исходных соединении за вычетом суммы теплот сгорания продуктов реакции.
(Далее можно привести пример как с использованием закона Гесса вычислить тепловой эффект какой-нибудь реакции).
Формулу расчета тепловых эффектов реакций по первому следствию из закона Гесса можно представить следующим образом:
Общая формула для расчета тепловых эффектов по второму следствию из закона Гесса имеет следующий вид
Второе следствие из закона Гесса наиболее широко используется для расчета тепловых реакций с участием органических соединений, так как значительно легче определять их теплоты сгорания в кислороде, чем теплоты образования из элементов.
