化学(かがく)エネルギーとエンタルピー変化(へんか)

化学(かがく)反応(はんのう)が起(お)こると、反応物(はんのうぶつ)（新しいタブで開きます）と生成物(せいせいぶつ)では物質(ぶっしつ)のもつ化学(かがく)エネルギーの大(おお)きさが変(か)わる。この化学(かがく)エネルギーの差(さ)が、熱(ねつ)や光(ひかり)として周囲(しゅうい)とやりとりされる。差(さ)の大(おお)きさは物質(ぶっしつ)の種類(しゅるい)と量(りょう)で決(き)まり、同(おな)じ反応(はんのう)なら同(おな)じ値(あたい)になる。

この差(さ)をエンタルピー変化(へんか)$\Delta H$で表(あらわ)す。反応(はんのう)式(しき)のあとに$\Delta H$＝－890kJのように書(か)き、発熱反応(はつねつはんのう)は$\Delta H<0$、吸熱反応(きゅうねつはんのう)は$\Delta H>0$とする。$\Delta H$の単位(たんい)はkJ（キロジュール）で、反応(はんのう)式(しき)の係数(けいすう)に対応(たいおう)する物質(ぶっしつ)量(りょう)あたりの値(あたい)である。

たとえばメタンの完全(かんぜん)燃焼(ねんしょう)（新しいタブで開きます）は「CH₄(気(き))＋2O₂(気(き))→CO₂(気(き))＋2H₂O(液(えき))　$\Delta H$＝－890kJ」と書(か)く。物質(ぶっしつ)の状態(じょうたい)（気体(きたい)・液体(えきたい)・固体(こたい)）によってもエネルギーの差(さ)は変(か)わるため、式(しき)の中(なか)では状態(じょうたい)を(気(き))や(液(えき))のように括弧(かっこ)で示(しめ)す。

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$\Delta H$の式(しき)が広(ひろ)まる前(まえ)は、反応(はんのう)式(しき)に発熱(はつねつ)量(りょう)を直接(ちょくせつ)書(か)き込(こ)む熱(ねつ)化学(かがく)方程式(ほうていしき)が使(つか)われていた。たとえば同(おな)じ反応(はんのう)は「CH₄(気(き))＋2O₂(気(き))＝CO₂(気(き))＋2H₂O(液(えき))＋890kJ」のように、矢印(やじるし)の代(か)わりに等号(とうごう)を使(つか)い、発熱(はつねつ)量(りょう)＋890kJを生成物(せいせいぶつ)の側(がわ)に書(か)き添(そ)える。

熱(ねつ)化学(かがく)方程式(ほうていしき)では発熱(はつねつ)量(りょう)をそのまま＋の数(かず)で書(か)くのに対(たい)し、$\Delta H$の式(しき)では発熱(はつねつ)は$\Delta H<0$と符号(ふごう)が逆(ぎゃく)になる。どちらも同(おな)じ反応(はんのう)の同(おな)じ890kJを表(あらわ)しているが、符号(ふごう)の向(む)きが異(こと)なる点(てん)に注意(ちゅうい)する。

吸熱反応(きゅうねつはんのう)の場合(ばあい)、熱(ねつ)化学(かがく)方程式(ほうていしき)では熱量(ねつりょう)を－Qの形(かたち)で書(か)くのに対(たい)し、$\Delta H$の式(しき)では単(たん)に$\Delta H>0$と書(か)くだけでよい。現在(げんざい)の教科書(きょうかしょ)では$\Delta H$の式(しき)が基本(きほん)の書(か)き方(かた)で、熱(ねつ)化学(かがく)方程式(ほうていしき)は昔(むかし)の資料(しりょう)を読(よ)むときのために読(よ)めるようにしておく。

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発熱反応(はつねつはんのう)では、反応後(はんのうご)の生成物(せいせいぶつ)がもつ化学(かがく)エネルギーのほうが反応(はんのう)前(まえ)の反応物(はんのうぶつ)より低(ひく)い。失(うしな)われた分(ぶん)のエネルギーが外(そと)へ熱(ねつ)として放出(ほうしゅつ)されるため、周囲(しゅうい)の温度(おんど)が上(あ)がる。

吸熱反応(きゅうねつはんのう)では逆(ぎゃく)に、生成物(せいせいぶつ)のほうが反応物(はんのうぶつ)より高(たか)い化学(かがく)エネルギーをもつ。このエネルギーの上乗(うわの)せ分(ぶん)を周囲(しゅうい)の熱(ねつ)から取(と)り込(こ)む必要(ひつよう)があるため、反応(はんのう)が進(すす)むと周囲(しゅうい)の温度(おんど)は下(さ)がる。

$\Delta H$は「生成物(せいせいぶつ)の化学(かがく)エネルギーの合計(ごうけい)－反応物(はんのうぶつ)の化学(かがく)エネルギーの合計(ごうけい)」にあたる量(りょう)なので、生成物(せいせいぶつ)が低(ひく)ければ$\Delta H$は負(ふ)（発熱(はつねつ)）、生成物(せいせいぶつ)が高(たか)ければ$\Delta H$は正(せい)（吸(きゅう)熱(ねつ)）になる。この関係(かんけい)は、このあとの反応(はんのう)熱(ねつ)の種類(しゅるい)（新しいタブで開きます）やヘスの法則(ほうそく)にもそのままつながる。