エンタルピー変化を計算する方法

反応のエンタルピー変化は、一定の圧力で発生する場合、反応が発生するときに吸収または放出される熱の量です。 特定の状況と利用可能な情報に応じて、さまざまな方法で計算を完了します。 多くの計算では、ヘスの法則が使用する必要のある重要な情報ですが、生成物と反応物のエンタルピーがわかっている場合、計算ははるかに簡単です。

TL; DR（長すぎる; 読んでいない）

簡単な式を使用して、エンタルピーの変化を計算できます。 ∆H = H_製品 − h_反応物

エンタルピー（H）の正確な定義は、内部エネルギー（U）と圧力（P）および体積（V）の積の合計です。 シンボルでは、これは次のとおりです。

H = U + PV

したがって、エンタルピー（∆H）の変化は次のようになります。

∆H = ∆U + ∆P∆V

ここで、デルタ記号（∆）は「変更」を意味します。 実際には、圧力は一定に保たれ、上記の式は次のようによく示されます。

∆H = ∆U + P∆V

ただし、一定の圧力の場合、エンタルピーの変化は単に伝達される熱（q）です。

∆H = q

（q）が正の場合、反応は吸熱性（つまり、周囲から熱を吸収する）であり、負の場合、反応は発熱性（つまり、周囲に熱を放出する）です。 エンタルピーの単位はkJ / molまたはJ / mol、または一般にエネルギー/質量です。 上記の方程式は、熱の流れとエネルギーの物理学、つまり熱力学に実際に関連しています。

エンタルピー変化を計算する最も基本的な方法は、生成物と反応物のエンタルピーを使用します。 これらの数量がわかっている場合は、次の式を使用して全体的な変化を計算します。

∆H = H_製品 − h_反応物

塩化ナトリウムを形成するために塩化物イオンにナトリウムイオンを加えることは、この方法で計算できる反応の例です。 イオン性ナトリウムのエンタルピーは-239.7kJ / molで、塩化物イオンのエンタルピーは-167.4 kJ / molです。 塩化ナトリウム（食卓塩）のエンタルピーは-411 kJ / molです。 これらの値を挿入すると、次のようになります。

∆H = −411 kJ / mol –（− 239.7 kJ / mol −167.4 kJ / mol）

= −411 kJ / mol –（− 407.1 kJ / mol）

= −411 kJ / mol + 407.1 kJ / mol = −3.9 kJ / mol

したがって、塩の形成により、1モルあたりほぼ4kJのエネルギーが放出されます。

物質が固体から液体、液体から気体、または固体から気体に変化するとき、これらの変化には特定のエンタルピーが関係しています。 融解のエンタルピー（または潜熱）は、固体から液体への遷移を表し（逆はこの値を引いたものであり、融解エンタルピーと呼ばれます）、蒸発のエンタルピーは、 液体から気体への遷移（およびその逆は凝縮）であり、昇華のエンタルピーは固体から気体への遷移を表します（逆は再び凝縮のエンタルピーと呼ばれます）。

水の場合、融解エンタルピーは∆Hです。_溶融 = 6.007 kJ / mol。 氷を250ケルビンから溶けるまで加熱してから、水を300Kに加熱するとします。 加熱部品のエンタルピー変化は必要な熱だけなので、次を使用して見つけることができます。

∆H = nC∆T

ここで、（n）はモル数、（∆T）は温度変化、（C）は比熱です。 氷の比熱は38.1J / K molで、水の比熱は75.4 J / Kmolです。 したがって、計算はいくつかの部分で行われます。 まず、氷を250Kから273K（つまり、-23°Cから0°C）に加熱する必要があります。 5モルの氷の場合、これは次のとおりです。

∆H = nC∆T

= 5mol×38.1J / Kmol×23K

= 4.382 kJ

次に、融解エンタルピーにモル数を掛けます。

∆H = n ∆H_溶融

= 5mol×6.007kJ / mol

= 30.035 kJ

気化の計算は、融解エンタルピーの代わりに気化エンタルピーを除いて同じです。 最後に、最初の加熱段階と同じ方法で、最終加熱段階（273〜300 K）を計算します。

∆H = nC∆T

= 5mol×75.4J / Kmol×27K

= 10.179 kJ

これらの部分を合計して、反応のエンタルピーの全体的な変化を見つけます。

∆H_合計 = 10.179 kJ + 30.035 kJ + 4.382 kJ

= 44.596 kJ

ヘスの法則は、検討している反応に2つ以上の部分があり、エンタルピーの全体的な変化を見つけたい場合に役立ちます。 反応またはプロセスのエンタルピー変化は、それが発生する経路とは無関係であると述べています。 つまり、反応が物質から別の物質に変化する場合、反応が1つのステップで発生するかどうかは関係ありません（反応物は生成物になります） すぐに）またはそれが多くのステップを経るかどうか（反応物が中間体になり、次に生成物になる）、結果として生じるエンタルピーの変化は どちらの場合も。

通常、この法則を使用するのに役立つ図を描くと役立ちます（「参考文献」を参照）。 一例として、6モルの炭素と3つの水素を組み合わせた場合、それらは燃焼して中間ステップとして酸素と結合し、最終生成物としてベンゼンを形成します。

ヘスの法則は、反応のエンタルピーの変化は、両方の部分のエンタルピーの変化の合計であると述べています。 この場合、1モルの炭素の燃焼はΔH= -394 kJ / mol（これは反応で6回発生します）であり、1モルの燃焼のエンタルピーの変化です。 水素ガスの量は∆H = −286 kJ / mol（これは3回発生します）であり、二酸化炭素と水の中間体は、∆H = + 3,267のエンタルピー変化でベンゼンになります。 kJ / mol。

これらの変化の合計をとって、総エンタルピー変化を見つけます。それぞれに、反応の最初の段階で必要なモル数を掛けることを忘れないでください。

∆H_合計 = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol