Разрыв и образование химических связей в ходе реакции сопровождается изменением энергии системы. Разница в энергиях связей в продуктах реакции и исходных веществах составляет энергию химической реакции, в том числе ее теплоту.
Нередко понятия "теплота реакции" и "энергия реакции" используются как тождественные, хотя они имеют различный смысл. Теплота - один из видов энергии. При химической реакции может происходить выделение (поглощение) энергии и в других видах (электрическая, механическая, световая энергия).
Теплота (тепловой эффект) реакции - это количество тепловой энергии, выделившееся или поглощенное системой в результате протекающих в ней химических превращений.
Тепловой эффект обозначается символами Q или ΔH (Q = -ΔH). Реакции, идущие с выделением теплоты (Q > 0; ΔH < 0), относятся к экзотермическим, а с ее поглощением (Q < 0; ΔH > 0) - к эндотермическим.
Уравнение реакции с указанием ее теплового эффекта называется термохимическим. Например:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q
Если теплоту реакции отнести к 1 моль определенного вещества,
то в термохимическом уравнении некоторые стехиометрические коэффициенты могут быть дробными.
Например:
C6H6(ж) + 7,5O2 6CO2(г) + 3H2O + 3301,6 кДж/моль
На теплоту образования веществ влияет их агрегатное и фазовое. Поэтому в термохимических уравнениях принято указывать это состояние (г - газ, ж - жидкость, т - твердое вещество, к - кристаллическая фаза).
В основе термохимических расчетов лежит закон постоянства количества теплоты, открытый русским химиком Г.И. Гессом в 1840 г.
Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояний реагирующих веществ и не зависит от пути реакции (т.е. от числа стадий и промежуточных состояний).
Этот закон является следствием всеобщего закона сохранения энергии. Согласно закону Гесса, теплота химической реакции равна разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ:
где Qобр. – теплота образования 1 моль соединения из простых веществ
в стандартных условиях (Т = 298 К, p = 101,3 кПа).
Величину Qобр. = -ΔHoобр. называют
стандартной молярной теплотой (энтальпией) образования вещества.
Стандартные теплоты образования простых веществ в наиболее
устойчивой модификации (О2, Н2, Сграфит и т.п.)
приняты равными нулю.
Закон Гесса позволяет рассчитать тепловые эффекты любых промежуточных (в том числе, гипотетических) стадий на пути превращения реагента в продукт реакции.
6CO2(г) + 3H2O + 3301,6 кДж/моль