セクションアウトライン

    • 　化学反応の前後で物質が持つエネルギーの内訳が変わります。これらの差が何を意味するのかを学んでください。


      　標準状態（25℃、1気圧）において、水素と酸素から水を生成する反応前後のエネルギーの内訳を下図に示します。


      　反応前（原形）は、H2とO2の二成分が存在して、それぞれの物質のエンタルピー（物質がもつ総エネルギー）をHH2、HO2と記しました。エンタルピーの内訳は、内部エネルギー(U)とPVです。ここで注意したいのは、このPは全圧（1気圧）ではなく、各成分の分圧です。各成分の分圧の合計（全圧）が標準状態では1気圧です。（柔らかいビニール袋に、水素ガスと酸素ガスを注入した状態を想像すればよい）

      　水素と酸素が同じ空間に存在するのだから、体積Vは両成分共通になります。内部エネルギーは、束縛エネルギーとヘルムホルツ自由エネルギーで分配されています。ヘルムホルツ自由エネルギー(F)とPVを合計したものが、ギブズエネルギー（G）です。

      　原形の合計エンタルピーは、【 HH2＋HO2 】で表され、同様に、原形の合計ギブズエネルギーは、【 GH2＋GO2 】で表されます。




      　原形の水素と酸素が反応すると、水(H2O)が生成されます。

      ・生成形の合計エンタルピー：HH2O

      ・合計ギブズエネルギー：　　GH2Oです。

      ・生成形と原形のギブズエネルギーの差（⊿G【生成形】－【原形】）：　GH2O－（GH2＋GO2）

      ・生成形と原形の束縛エネルギー差（T⊿S【生成形】－【原形】）：　　　T・SH2O－（T・SH2＋T・SO2）

      ・生成形と原形のエンタルピー差（⊿H【生成形】－【原形】）：　　　　HH2O－（HH2＋HO2）


      さて、原形と生成形の合計エンタルピーに違いが生じています。つまり、水素と酸素が反応して水になると、反応系の総エネルギーは減少してます。つまり、外界に熱として逃げているのです。⊿H【生成形】－【原形】が熱量（⊿Q）に等しい。これが反応熱です。系からみると熱を失っているので、マイナス符号がつきます。