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.