Тепловой эффект химических реакций

Что такое тепловой эффект реакции

Любая химическая реакция сопровождается изменением энергии. Тепловой эффект — это количество теплоты, которое выделяется или поглощается при реакции. Раздел химии, изучающий тепловые эффекты, называется термохимией. Тепловой эффект обозначают буквой Q и измеряют в килоджоулях (кДж).

Экзотермические и эндотермические реакции

По знаку теплового эффекта реакции делят на два вида.

• Экзотермические — идут с выделением теплоты (Q больше 0). Примеры: горение, гашение извести, реакции нейтрализации. При горении метана выделяется много теплоты, поэтому его используют как топливо.
• Эндотермические — идут с поглощением теплоты (Q меньше 0). Примеры: разложение мела при нагревании, разложение воды электрическим током. Такие реакции часто требуют постоянного нагревания.

Термохимические уравнения

Термохимическое уравнение — это уравнение реакции, в котором указан тепловой эффект. Например: C + O_2 = CO_2 + 393 кДж. Здесь при сгорании 1 моль углерода выделяется 393 кДж теплоты.

Расчёты по термохимическому уравнению

Зная тепловой эффект, можно найти теплоту для любой массы вещества. Решим задачу: сколько теплоты выделится при сгорании 6 г углерода?

Уравнение: C + O_2 = CO_2 + 393 кДж

Молярная масса углерода M = 12 г/моль

Количество вещества n = 6 / 12 = 0,5 моль

Теплота Q = 393 · 0,5 = 196,5 кДж

Значит, при сгорании 6 г углерода выделится 196,5 кДж теплоты.

Правило: чем больше теплоты выделяется при образовании вещества, тем оно устойчивее. Запас энергии в продуктах экзотермической реакции меньше, чем в исходных веществах.

Почему происходит выделение и поглощение теплоты

В каждой молекуле запасена энергия химических связей. При реакции старые связи рвутся (на это энергия тратится), а новые образуются (при этом энергия выделяется). Если на образование новых связей выделяется больше энергии, чем нужно для разрыва старых, излишек выходит наружу в виде теплоты — реакция экзотермическая. Если энергии для разрыва связей нужно больше, чем выделяется при образовании новых, недостаток приходится возмещать нагреванием — реакция эндотермическая.

Тепловой эффект в жизни и технике

Тепловые эффекты реакций имеют огромное практическое значение. Сжигание топлива (угля, природного газа, бензина) — это экзотермические реакции, на которых основана работа электростанций, двигателей и отопления. Реакция гашения извести разогревается так сильно, что вода закипает. Эндотермические процессы используют, например, в охлаждающих пакетах для спортивных травм, где при растворении соли температура понижается.

Кратко о главном

• Тепловой эффект — теплота, выделяемая или поглощаемая в реакции.
• Экзотермические реакции выделяют теплоту, эндотермические — поглощают.
• Термохимическое уравнение содержит значение Q в килоджоулях.
• По уравнению можно рассчитать теплоту для любой массы вещества через количество вещества.