Що таке тепловий ефект реакції

Хоча знайомство з терміном «тепловий ефект хімічної реакції» у більшості відбувається на уроках хімії, проте він застосовується більш широко. Важко уявити будь-яку область діяльності, де не використовувалося б це явище.

Наведемо приклад лише деяких з них, де необхідне знання того, що таке тепловий ефект реакції. В даний час автомобільна промисловість розвивається фантастичними темпами: кількість машин щорічно збільшується в кілька разів. При цьому основним джерелом енергії для них є бензин (альтернативні розробки поки знаходять своє втілення лише в одиничних прототипах). Для коригування сили спалахування палива використовують спеціальні присадки, що знижують інтенсивність детонації. Яскравий приклад - Монометиланіліни. При його отриманні розраховується тепловий ефект реакції, який в даному випадку становить -11-19 кДж / моль.

Інша область застосування - харчова промисловість. Без сумніву, будь-яка людина звертав увагу на вказівку калорійності того чи іншого продукту. В даному випадку калорійність і тепловий ефект реакції безпосередньо пов`язані, так як при окислюванні їжі виділяється теплота. Коректуючи своє харчування на основі цих даних, можна досягти істотного зниження маси тіла. Незважаючи на те, що тепловий ефект реакції вимірюється в джоулях, між ними і калоріями існує прямий взаємозв`язок: 4 Дж = 1 ккал. Стосовно до харчових продуктів зазвичай вказується розрахункова кількість (маса).

Давайте тепер звернемося до теорії і дамо визначення. Отже, тепловий ефект вказує на кількість теплоти, що виділилася або поглиненої системою, при протіканні в ній хімічних процесів. Варто враховувати, що окрім теплоти може генеруватися випромінювання. Тепловий ефект хімічної реакції чисельно дорівнює різниці між рівнями енергії системи: вихідним і залишковим. Якщо в процесі реакції відбувається поглинання тепла з навколишнього простору, то говорять про Ендотермічний процесі. Відповідно, виділення теплової енергії характерно для екзотермічного процесу. Їх досить просто розрізняти: якщо значення сумарної енергії, що виділилася в результаті протікання реакції, виявляється більше, ніж витраченої для її початку (наприклад, теплова енергія згорає палива), то це екзотермії. А ось для розкладання води та вугілля на водень і оксид вуглецю необхідно затратити додаткову енергію на нагрівання, тому має місце її поглинання (Ендотерм).

Обчислити тепловий ефект реакції можна за допомогою відомих формул. У розрахунках тепловий ефект позначається буквою Q (або DH). Різниця в типі процесу (ендо- або екзо-), тому Q = - DH. Термохімічні рівняння припускають вказівку теплового ефекту і реагентів (вірний і зворотний розрахунок). Особливість подібних рівнянь в можливості перенесення величини теплових ефектів і самих речовин в різні частини. Можливе проведення почленного віднімання або додавання самих формул, але з урахуванням агрегатних станів речовин.

Наведемо приклад реакцій горіння метану, вуглецю, водню:

1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 890 кДж

2) C + O2 = CO2 + 394 кДж

3) 2H2 + O2 = 2H2O + 572 кДж

Тепер віднімемо 2 і 3 з 1 (праві частини з правих, ліві - з лівих).

В результаті отримуємо:

CH4 - C - 2 H4 = 890 - 394 - 572 = - 76 кДж.

Якщо всі частини помножити на - 1 (прибрати від`ємне значення), то отримаємо:

C + 2H2 = CH4 + 76 кДж / моль.

Як можна трактувати результат? Тепловий ефект, що відбувається при утворенні метану з водню і вуглецю, складе 76 Дж на кожен моль одержуваного газу. Також з формул випливає, що теплова енергія буде виділятися, тобто мова йде про екзотермічний процесі. Подібні розрахунки дозволяють уникнути необхідності проведення безпосередніх лабораторних експериментів, які часто пов`язані з труднощами.