主な違い – 吸熱反応と発熱反応
化学反応は、周囲と反応が起こっている系との間のエネルギー移動によって、吸熱反応と発熱反応に分けることができる。
ある化学反応を吸熱反応と発熱反応に分類するためには、反応物と生成物の間のエンタルピー変化を計算すればよい。
そうでなければ、反応混合物の温度変化を観察することができます。
吸熱反応と発熱反応の主な違いは、吸熱反応が周囲からエネルギーを吸収するのに対し、発熱反応は周囲にエネルギーを放出することである。
吸熱反応とは
吸熱反応とは、周囲から熱エネルギーを吸収する化学反応のことです。
つまり、吸熱反応の開始と進行のためには、外部からエネルギーを与える必要がある。
その結果、系の温度は低下する。
系が外からエネルギーを吸収すると、反応のエンタルピー変化は正の値をとる。
エンタルピーとは、系の内部エネルギーと、その環境下でその系の体積と圧力を維持するために必要なエネルギーの和である。
初期には、系のエンタルピーは反応物のエンタルピーの和に等しい。
吸熱反応の終わりには、エネルギーを吸収するため、生成物のエンタルピーまたはエネルギーが高くなる。
これは次のように説明できる。
A + B → C + D
δH = {hc + hd} – {ha + hb} となります。
ΔH = (Hproducts) – (Hreactants) = A正の値
ここで
ΔHは反応後に発生するエンタルピー変化です。
HC と HD はそれぞれ生成物 C と D のエンタルピーです。
HA と HB はそれぞれ反応物 A と B のエンタルピーです。
図1: 吸熱反応における反応物および生成物のエンタルピー
吸熱反応は、反応が起こっているビーカーや試験管を触ればすぐに分かります。
ビーカーは以前より冷たく感じられるでしょう。
これは、外からエネルギーを吸収しているからです。
吸熱反応の例
- 固体の塩化アンモニウムを水に溶かす。
NH4Cl(s) + H2O(l) + 熱 → NH4Cl(aq)
- 水と塩化カリウムを混ぜる。
KCl(s) + H2O(l) + 熱 → KCl(aq)
- エタン酸と炭酸ナトリウムを反応させる。
CH3COOH(aq) + Na2CO3(s) + 熱 → CH3COO-Na+(aq) + H+(aq) + CO32-(aq)
反応式の右辺に「熱」が入っていることに注意。
これは、系が熱を吸収することを示すためです。
発熱反応とは
発熱反応とは、熱エネルギーを周囲に放出する化学反応のことです。
つまり、化学反応が進行すると、エネルギーが外部に放出される。
内部エネルギーが放出されるため、生成物のエンタルピーは反応物のエンタルピーより小さくなります。
これは以下のように説明できる。
P + Q → R + S
ΔH = {HR + HS} となります。
– HP＋HQ}となる。
ΔH = (Hproducts) – (Hreactants) = 負の値
エネルギーが放出されて反応物の内部エネルギーが小さくなったので、エンタルピーの変化は今は負の値になっています。
発熱反応が進むと系の温度は上昇する。
したがって、ある化学反応が吸熱反応か発熱反応かは、反応が起こっている容器の壁に触れるだけで推測することができます。
発熱反応では、容器が温かくなる。
図2: 発熱反応の反応物および生成物のエンタルピー
発熱反応の例
- 水素ガスの燃焼。
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) + 熱
- エタノールの燃焼(完全燃焼)。
CH3CH2OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l)
吸熱反応と発熱反応の違い
定義
吸熱反応。
吸熱反応とは、周囲から熱エネルギーを吸収する化学反応です。
発熱反応。
発熱反応とは、周囲に熱エネルギーを放出する化学反応のこと。
温度
吸熱反応。
吸熱反応の進行に伴い温度が低下する。
発熱反応。
発熱反応の進行に伴い、温度が上昇する。
エンタルピー
吸熱反応。
吸熱反応：反応物のエンタルピーは生成物のエンタルピーより小さい。
発熱反応。
エンタルピーの変化
吸熱反応。
吸熱反応ではエンタルピーの変化量（ΔH）は正の値です。
発熱反応。
発熱反応の場合、エンタルピーの変化量ΔHは負の値になる。
エネルギー
吸熱反応。
吸熱反応では、エネルギーを系に与える必要がある。
発熱反応。
吸熱反応では、エネルギーが系から放出されること。
結論
化学反応は、系と周囲との間のエネルギー移動によって吸熱反応と発熱反応に分類される。
吸熱反応と発熱反応の主な違いは、吸熱反応が周囲からエネルギーを吸収するのに対し、発熱反応は周囲にエネルギーを放出することである。
すべての化学反応は、反応におけるエンタルピー変化を計算することによって、この2つのカテゴリーに分類することができます。
