§4.2. Тепловий ефект реакцій

Формами передачі енергії є теплота і робота. ТЕПЛОТА – це форма передачі енергії, яка здійснюється в системі шляхом безпосереднього контакту мікрочастинок при їх хаотичному русі.

ЕКЗОТЕРМІЧНА РЕАКЦІЯ (від латинського "екзо" – назовні) – це реакція, що відбувається з виділенням теплоти (+Q). Реакція є екзотермічною, якщо в результаті хімічної реакції надлишок енер­гії вивільняється у вигляді тепла. Тобто, при утворенні "нових" зв'язків виділяється енергії БІЛЬШЕ, ніж було потрібно для руйнування "старих" зв'язків у вихідних речовинах. Прикладом можуть бути РЕАКЦІЇ ГОРІННЯ. Наприклад, природний газ (метан CH₄) зго­ряє в кисні повітря з виділенням великої кількості теплоти (мал. 4.1а).

ЕНДОТЕРМІЧНА РЕАКЦІЯ (від латинського "ендо" – всередину) – це реакція, що відбувається з поглинанням теплоти (-Q). Такі реакції відбуваються тільки при наданні енергії ззовні. Тобто, на руйнування зв'язків у вихідних речовинах потрібно енергії більше, ніж може виділитися при утворенні "нових" зв'язків. Прикладом є утворення оксиду вуглецю (II) CO і водню H₂ з вугілля і води, яке відбу­вається тільки при нагріванні (мал. 4.1б).

Мал. 4.1а		Мал. 4.1а,б. Зображення хімічних реак­цій за допомогою моделей молекул: а) екзотермічна реакція, б) ендотермічна реакція.
Мал. 4.1б		Моделі наочно показують, як при незмінному числі атомів між ними руйнуються "старі" і виникають "нові" хімічні зв'язки.

Таким чином, будь-яка хімічна реакція супроводжується виділенням або поглинанням енергії. Частіше за все енергія виділяється або поглинається у вигляді теплоти (рідше - у вигляді світлової або механічної енергії). Цю теплоту можна виміряти. Результат вимірювання виражають в кілоджоулях (кДж) для 1 МОЛЯ реагенту або для 1 моля продукту реакції. Така величина називається ТЕПЛОВИМ ЕФЕКТОМ РЕАКЦІЇ.

ТЕПЛОВИЙ ЕФЕКТ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ (Q, кДж) – це кількість теплоти, яка виділяється або поглинається під час хімічної реакції.

Наприклад, тепловий ефект реакції згоряння водню в кисні можна виразити будь-яким з двох рівнянь:

2 H_{2 (газ)} + O_{2 (газ)}= 2 H₂О _{(рідина)} + 572 кДж або

H_{2 (газ)}+ 1/2 O_{2 (газ)}= H₂О _{(рідина)} + 286 кДж

Якщо процес відбувається при постійному тиску (ІЗОБАРНИЙ ПРОЦЕС), вводиться поняття ЕНТАЛЬПІЇ.

ЕНТАЛЬПІЯ (∆Н - читається "дельта аш") – це різниця між вмістом енергії у вихідних речовинах і кінцевих продуктах реакції.

Якщо система виконує роботу, то може відбуватися виділення або поглинання тепла (ΔQ), зміна ентальпії (∆Н) ∆Н = -∆Q.

Це значить, що

• тепловий ефект хімічної реакції залежить від стану вихідних речовин і продуктів реакції.

• якщо в процесі реакції виділяється тепло (+Q), ентальпія системи зменшується (ΔН <0):

Q = – ΔН якщо Q > 0, то ΔН <0 – процес екзотермічний.

Наприклад, горіння вугілля: С + О₂ = СО₂ + Q (ΔН < 0).

• якщо в процесі реакції поглинається тепло (ΔQ<0), ентальпія системи збільшується (ΔН > 0):

якщо Q < 0, то ΔН >0 – процес ендотермічний.

Наприклад, розклад крейди СаСО₃ = СаО + СО₂ – Q (ΔН > 0).