エンタルピーの形成は、標準条件下で1モルの化合物または物質の形成で生じるエンタルピーの変化です。標準圧力条件は、形成反応が1気圧の大気圧で、25℃または298.15ケルビンの室温で実行される場合に理解されます。
形成反応における反応性元素の通常の状態とは、圧力と温度の標準条件下でのこれらの物質の最も一般的な凝集状態（固体、液体、または気体）を指します。
化合物の形成反応では、熱が環境と交換されます。ソース：pixabay
正常状態は、標準的な反応条件下でこれらの反応性元素の最も安定な同素体の形も指します。
エンタルピーHは、内部エネルギーUと物質モルの形成の化学反応に関与する物質の圧力Pと体積Vの積として定義される熱力学的関数です。
H = U + P∙V
エンタルピーにはエネルギーの次元があり、国際測定システムではジュールで測定されます。
標準エンタルピー
エンタルピーの記号はHですが、特定の形成エンタルピーの場合、ΔH0fで示され、標準条件下で特定の化合物のモルの形成反応においてこの熱力学的関数が経験する変化を指すことを示します。
表記では、上付きの0は標準条件を示し、下付きのfは、凝集状態の反応物から始まる1モルの物質の形成と、標準条件下で反応物の最も安定な同素体を示します。
形成熱
最初の法則は、熱力学的プロセスで交換される熱が、プロセスに関与する物質の内部エネルギーの変動とプロセスでこれらの物質によって行われる仕事に加えて等しいことを確立します。
Q =ΔU+ W
この場合、反応は一定の圧力、特に1気圧の圧力で行われるため、仕事は圧力と体積の変化の積になります。
次に、Q0fで示す特定の化合物の生成熱は、次のように内部エネルギーと体積の変化に関連しています。
Q0f =ΔU+ PΔV
しかし、標準エンタルピーの定義を思い出すと、次のようになります。
Q0f =ΔH0f
エンタルピーと生成熱の違い
この表現は、生成熱と生成エンタルピーが同じであることを意味しません。正しい解釈は、形成反応中に交換された熱が、標準条件下で反応物と比較して形成された物質のエントロピーに変化を引き起こしたということです。
一方、エンタルピーは広範な熱力学関数であるため、生成熱は常に生成される化合物の1モルを指します。
形成反応が発熱性である場合、形成のエンタルピーは負になります。
逆に、形成反応が吸熱である場合、形成のエンタルピーは正です。
熱化学方程式
熱化学生成方程式では、反応物と生成物だけを示す必要はありません。そもそも、形成される化合物の量が常に１モルとなるように、化学方程式のバランスをとる必要がある。
一方、反応物と生成物の凝集状態は化学式で示されなければなりません。形成熱はこれらすべての要因に依存するため、必要に応じて、同素体の形も示す必要があります。
熱化学生成方程式では、生成のエンタルピーも示さなければなりません。
適切な熱化学方程式の例をいくつか見てみましょう。
H2（g）+½O2（g）→H2O（g）; ΔH0f= -241.9 kJ / mol
H2（g）+½O2（g）→H2O（l）; ΔH0f= -285.8 kJ / mol
H2（g）+½O2（g）→H2O（s）; ΔH0f= -292.6 kJ / mol
重要な考慮事項
-すべては、1モルの生成物の形成に基づいてバランスが取れています。
・試薬と製品の凝集状態が表示されます。
-形成のエンタルピーが表示されます。
生成エンタルピーは、生成物の凝集状態に依存することに注意してください。3つの反応のうち、標準条件下で最も安定しているのは2番目です。
化学反応、特に形成反応で重要なのはエントロピーの変化であり、エントロピー自体ではないため、標準的な条件下での分子形状および自然凝集の状態の純粋な要素には形成エントロピーがあることが合意されていますヌル。
ここではいくつかの例を示します。
O2（g）; ΔH0f= 0 kJ / mol
Cl2（g）; ΔH0f= 0 kJ / mol
Na（s）; ΔH0f= 0 kJ / mol
C（グラファイト）; ΔH0f= 0 kJ / mol
解決された演習
-演習1
エテン（C2H4）の形成には、各モルに52 kJの熱を与える必要があること、およびその反応物が水素とグラファイトであることを知って、エテン形成の熱化学方程式を書きます。
解決
最初に、化学式を上げて、1モルのエテンに基づいてバランスをとります。
次に、形成反応を行うために熱を供給する必要があることを考慮に入れます。これは、それが吸熱反応であり、したがって形成エントロピーが正であることを示しています。
2 C（固体グラファイト）+ 2 H2（ガス）→C2H4（ガス）; ΔH0f= +52 kJ / mol
-演習2
標準的な条件下では、水素と酸素が5リットルのコンテナで混合されます。酸素と水素は反応物なしで完全に反応し、過酸化水素を形成します。反応中に38.35 kJの熱が環境に放出されました。
化学的および熱化学的方程式を述べる。過酸化水素の生成エントロピーを計算します。
解決
過酸化水素形成反応は次のとおりです。
H2（ガス）+ O2（ガス）→H2O2（液体）
方程式はすでに1モルの生成物に基づいてバランスが取れていることに注意してください。つまり、過酸化水素1モルを生成するには、水素1モルと酸素1モルが必要です。
しかし、問題の説明では、水素と酸素が標準的な条件下で5リットルの容器内で混合されているため、各ガスが5リットルを占めていることがわかります。
標準条件を使用して熱化学方程式を取得する
一方、標準条件では、圧力は1 atm = 1,013 x 10 pressure Pa、温度は25°C = 298.15 Kです。
標準的な条件下では、次の計算から確認できるように、1モルの理想ガスが24.47 Lを占めます。
V =（1 mol * 8.3145 J /（mol * K）* 298.15 K）/ 1.03 x10⁵Pa = 0.02447m³= 24.47L。
5 Lが利用可能であるため、各ガスのモル数は次のように与えられます。
5リットル/ 24.47リットル/モル=各ガスの0.204モル。
バランスの取れた化学方程式によれば、0.204モルの過酸化水素が形成され、38.35 kJの熱が環境に放出されます。つまり、過酸化物1モルを形成するには、38.35 kJ / 0.204モル= 188 kJ /モルが必要です。
また、反応中に熱が環境に放出されるため、形成のエンタルピーは負になります。最終的に次の熱化学方程式になります：
H2（ガス）+ O2（ガス）→H2O2（液体）; ΔH0f= -188 kJ / mol
参考文献
- 栗E.化学反応におけるエンタルピー。回収元：lidiaconlaquimica.wordpress.com
- 熱化学。反応のエンタルピー。回収元：recursostic.educacion.es
- 熱化学。標準反応エンタルピーの定義。回収元：quimitube.com
- 熱化学。形成エンタルピーの定義と例。回収元：quimitube.com
- ウィキペディア。反応の標準エンタルピー。回復元：wikipedia.com
- ウィキペディア。形成エンタルピー。回復元：wikipedia.com