エネルギーと化学反応

すべて 化学反応 彼と一緒に運ぶ エネルギーの変化、それに関与する物質の変換のため。 エネルギーはさまざまな形で現れる可能性があります。

• ホット
• 内部エネルギー
• 活性化エネルギー

化学反応における熱

ザ・ 化合物の分子 それらはによって形成されます エネルギーを運ぶリンク 含まれ、原子を一緒に保持します。 化学反応が起こると、関与する分子は これらのいくつかを壊す リンク、これはエネルギーの変動を引き起こします。 これは通常、熱の変化として発生します。

ザ・ ホット 化学反応では、それはによって測定されます エンタルピー（H）、これは、一定の圧力にもたらされる熱変化を表す熱力学的量です。 モルあたりのカロリーで測定されます （カロリー/モル）、および反応の各化合物について、次の式で計算されます。

ΔH=mCpΔT

どこ：

ΔH：物質のエンタルピーの変化

m：反応に関与する物質の質量

Cp：物質の一定圧力での比熱

ΔT：反応の温度変化

彼らが化学反応に参加する場合 要素、それらのエンタルピーは0と見なされます それらを形成するためにエネルギーが投資されていないからです。

完全な反応の場合、その形式は次のとおりです。

2A + B-> 3C + D

エンタルピーは、減算を実行することで発生します。

反応のエンタルピー=生成物のエンタルピー-反応物のエンタルピー

ΔH_反応 =ΔH（3C + D）-ΔH（2A + B）

それぞれのエンタルピー 係数を運ぶ 物質が反応で作用する（モル数）。 Aの場合、この場合は2であり、エンタルピーの値を乗算します。

たとえば、プロパン燃焼反応の場合：

C₃H₈（g）+ 5O₂（g）-> 3CO₂（g）+ 4H₂O（l）

ΔHC₃H₈ = -24820 cal / mol

ΔHまたは₂ = 0 cal / mol

ΔHCO₂ = -94050 cal / mol

ΔHH₂O = -68320 cal / mol

反応のエンタルピー=生成物のエンタルピー-反応物のエンタルピー

ΔH_反応 = [3（-94050 cal / mol）+ 4（-68320 cal / mol）]-[-24820 cal / mol + 5（0）]

ΔH_反応 = [-282150 + (-273280)] – (-24820)

ΔH_反応 = -555430 + 24820

ΔH_反応 = -530610 cal / mol

熱による化学反応の種類

化学反応は、それに伴う熱に応じて2つのタイプに分類されます。

• 発熱反応
• 吸熱反応

ザ・ 発熱反応 相互作用の間に、物質が熱を放出したものです。 これは、例えば、水と接触する強酸の場合です。 ソリューションがウォームアップします。 また、炭化水素の燃焼でも発生し、二酸化炭素COを伴って火の形で熱を放出します。₂ と水蒸気H₂または。

ザ・ 吸熱反応 反応を開始するために、反応物が熱を受けなければならないものです。 製品が生成され始めるのは、特定の熱からです。 これは、たとえば、窒素酸化物の生成の場合であり、酸素と窒素が化合物に結合するプロセスで大量の熱が必要です。

化学反応における内部エネルギー

ザ・ 内部エネルギー 物質の（U、E）は、そのすべての粒子の運動エネルギーと位置エネルギーの合計です。 この大きさは、の化学反応に介入します エンタルピー計算:

ΔH=ΔU+PΔV

このエンタルピー式は、熱力学の第1法則に基づいています。

ΔQ=ΔU-ΔW

どこ：

Q： 熱力学系からの熱（化学反応の可能性があります）。 エンタルピーと同じように、1モルあたりのカロリーで測定されます。

または： 熱力学系の内部エネルギー。

W： 熱力学系の機械的仕事であり、圧力と体積変化の積（PΔV）で計算されます。

化学反応における活性化エネルギー

ザ・ 活性化エネルギー 次のように、化学反応の開始を決定するエネルギーの量です。

• 活性化エネルギーの場合 短すぎる、反応は 自発つまり、それはそれ自体で開始し、試薬は接触するだけで変換されます。
• 活性化エネルギーの場合 低いです、試薬が相互作用し始めるには、試薬にエネルギーを追加する必要があります。
• 活性化エネルギーの場合 は高い反応が起こるためには十分なエネルギーを投資する必要があります。
• 活性化エネルギーの場合 とても高いです、いわゆるに頼る必要があります 触媒、 よりアクセスしやすくするため。

ザ・ 触媒 それらは化学反応の変換に関与しない化学物質ですが、それらを加速する責任があります、 活性化エネルギーの減少 反応物が生成物になり始めるように。

自発的反応は、例えば、人間の代謝に見られるものです。 アセト酢酸の自発的脱炭酸 ケトン体の合成の方法で、アセトンになる。 酵素を実行する必要はありません。

化学平衡とルシャトリエの法則

ルシャトリエの法則は、化学反応の平衡を支配する法則であり、次のように述べています。

「平衡状態にある化学反応に与えられた刺激は、それを打ち消すことによって、異なる平衡点まで反応させます。」

ルシャトリエの法則は、圧力、体積、濃度の変数に従って説明できます。

• かどうか 圧力を上げる 反応に対しては、反応物または生成物のいずれかに向かって、より少ないモルが生成される場所に向けられます。
• かどうか 圧力を下げる 反応に対して、これは、反応物または生成物のいずれかに向かって、より多くのモルが生成される場所に行きます。
• かどうか 温度を上げる 反応に対しては、直接的な方法（反応物から生成物へ）または逆の方法（生成物から反応物へ）のいずれかで、熱が吸収される場所（吸熱反応）に移動します。
• かどうか 温度を下げる 反応に対しては、直接的な方法（反応物から生成物へ）または逆の方法（生成物から反応物へ）のいずれかで、熱が放出される場所（発熱反応）に移動します。
• かどうか 試薬の濃度を上げます、反応はより多くの生成物を生成するように指示されます。
• かどうか 製品の濃度を下げます、反応はより多くの試薬を生成するように指示されます。

反応の速度を変更する要因

ザ・ 反応の速度 は、各単位時間に消費される反応物の濃度（mol /リットル）です。

この速度に影響を与える6つの要因があります。

• 濃度
• 圧力
• 温度
• 接触面
• 試薬の性質
• 触媒

ザ・ 濃度 は、各単位体積の試薬の量（mol /リットル）です。 量が追加されると、反応はより迅速に生成物を生成することによって応答します。

ザ・ 圧力 反応物と生成物がガスである場合にのみ影響します。 反応はルシャトリエの法則に従って反応します。

ザ・ 温度 それらが吸熱性であるか発熱性であるかに応じて反応を支持します。 吸熱性の場合、温度を上げると反応が速くなります。 それが発熱性である場合、温度の低下がそれを駆動します。

ザ・ 接触面 それは試薬粒子がそれらの間でよりよく分散されるのを助け、それにより反応が加速されそして生成物がより速く到達される。

ザ・ 試薬の性質は、その分子構造で構成されており、反応速度を決定します。 たとえば、塩酸（HCl）のような酸は、水酸化ナトリウム（NaOH）のような塩基によって、積極的にさえも即座に中和されます。

ザ・ 触媒 それらは反応に関与しない化学物質ですが、反応物の相互作用を加速または遅延させる役割を果たします。 それらは、良好な接触領域を提供する物理的形状で販売されています。

化学反応におけるエネルギーの例

さまざまな化学物質の燃焼熱を以下に示します。

メタン：CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂または

ΔH= -212800 cal / mol（熱を発し、発熱します）

エタン：C₂H₆ +（7/2）O₂ -> 2CO₂ + 3H₂または

ΔH= -372820 cal / mol（熱を発し、発熱します）

プロパン：C₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂または

ΔH= -530600 cal / mol（熱を発し、発熱します）

ブタン：C₄H₁₀ +（13/2）O₂ -> 4CO₂ + 5H₂または

ΔH= -687980 cal / mol（熱を発し、発熱します）

ペンタン：C₅H₁₂ + 8O₂ -> 5CO₂ + 6H₂または

ΔH= -845160 cal / mol（熱を発し、発熱します）

エチレン：C₂H₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2H₂または

ΔH= -337230 cal / mol（熱を発し、発熱します）

アセチレン：C₂H₂ +（5/2）O₂ -> 2CO₂ + H₂または

ΔH= -310620 cal / mol（熱を発し、発熱します）

ベンゼン：C₆H₆ +（15/2）O₂ -> 6CO₂ + 3H₂または

ΔH= -787200 cal / mol（熱を放出し、発熱します）

トルエン：C₇H₈ + 9O₂ -> 7CO₂ + 4H₂または

ΔH= -934500 cal / mol（熱を発し、発熱します）

エタノール：C₂H₅OH + 3O₂ -> 2CO₂ + 3H₂または

ΔH= -326700 cal / mol（熱を発し、発熱します）