概念と仕組み
発熱反応では、反応容器内のエネルギーが周囲に移動し、溶液の温度が上昇する。一方、吸熱反応では、溶液が周囲からエネルギーを受け取ることで、溶液の温度が低下する。
容器は、液体に加えて、熱を保持します。もし容器の熱容量を無視した場合、同じ温度変化を実現するために必要なエネルギーの量を過小評価する可能性があります。
関係式と成立条件
常圧での実験的な近似では、 −nΔH = (mc + Ccal)ΔT となります。反応が発熱反応で、ΔHが負の場合、他の条件では、右側の温度変化は正となります。
反応を完全に進行させ、外部への熱の放出を防ぐことが不可欠です。蒸発、溶解時のエンタルピー、センサーの遅延、そして実際の溶液の比熱の差といった要素も、測定に影響を与えます。
仮想実験で読み取る変化
熱損失は観測温度上昇を減らします。冷却曲線外挿は損失を近似補正しますが、異常値と残差が残ります。
仮想発熱反応です。 c=4.18J/(g・K)、周辺・初期20°C、反応時間20s、完全混合・一定発熱率を仮定します。損失はdT/dt=q̇/C−0.020(T−20)のニュートン冷却です。冷却曲線を反応中10秒に戻した温度を外挿補正最高温度で表示します。この近似値は実際の最高温度ではなく、実際の反応速度・蒸発・温度計遅延は除外します。
重要な関係式と記号
−nΔH = (m·c + Ccal)ΔT
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| ΔH | 反応1 molあたりのエンタルピー変化 | J/mol |
| Ccal | 熱量計の熱容量 | J/K |
| ΔT | 観測した温度変化 | K |
例で確かめる
溶液と熱量計の総熱容量は？
反応熱を溶液と容器を一緒に受けます。 q溶液=−nΔH=(mc+Ccal)ΔTであり、反応のqと符号が逆です。
よくある誤解
- ΔH の値を、温度が上昇したというだけで、発熱反応として正の値で記述することは適切ではありません。