І місце. Хімічні реакції та закономірності їх перебігу (Кічата Олена Євгеніївна, Харківська гімназія № 46 ім. М.В.Ломоносова)

Кожна речовина має запас внутрішньої енергії (U), яка включає енергію руху та енергію взаємодії атомів, молекул, йіонів, а також енергію, пов'язану з існуванням складових частин атомів і ядерну енергію.

Енергетичні зміни, які відбуваються в процесі хімічних реакцій, підлягають закону збереження і перетворення енергії.

•  Енергія не виникає з нічого і не зникає безслідно, а тільки переходить з однієї форми в іншу.

Під час  хімічних реакцій одні хімічні зв'язки руйнуються, а інші утворюються; змінюється електронний стан атомів, їх взаємне розташування. Руйнування зв'язків супроводжується поглинанням енергії, а утворення нових зв'язків - виділенням.

Енергія зв'язків, що розриваються і утворюються під час реакції різна, тому внутрішня енергія продуктів реакції відрізняється від внутрішньої енергії реагентів. При цьому можливі два випадки.

1. U_{реагентів} > U_{продуктів реакції}.

Згідно закону збереження енергії в результаті такої реакції енергія  виділяється в навколишнє середовище: продукти реакції, хімічний посуд, повітря  нагріваються.  Тобто в цьому випадку здійснюються екзотермічні реакції.

2. U_{реагентів} < U_{продуктів реакції}. 

Відповідно до закону збереження енергії в цьому випадку речовини поглинають енергію з навколишнього середовища і реакційна суміш охолоджується. В цьому випадку проходять ендотермічні реакції.

Різниця між внутрішньою енергією вихідних речовин і продуктів реакції є тепловим ефектом реакції.

•  Тепловий ефект реакції - це енергія, яка виділяється або поглинається під час хімічної реакції.

Якщо хімічні реакції проходять при сталому тиску, то користуються фізичною величиною ентальпія (енергія, яка доступна для перетворення в теплоту при постійному тиску), яку позначають латинською літерою Н.

•  Зміна ентальпії (ΔН ) - це тепловий ефект реакції при сталому тиску:

ΔН_{реакції} = Н_{продуктів реакції} - Н_{реагентів}.

Якщо ентальпія продуктів реакції більша за ентальпію реагентів (ΔН>0), то під час реакції теплота поглинається і відбувається ендотермічна реакція (мал. 3а)

Якщо ентальпія продуктів реакції менша за ентальпію реагентів (ΔН<0), то під час реакції теплота виділяється і відбувається екзотермічна реакція (мал. 3б).

Мал. 3. Зміна ентальпії реакції під час:  а) ендотермічної реакції, б) екзотермічної реакції

Зазвичай тепловий ефект реакції відносять до тих кількостей речовин, які визначені рівнянням, і виражають його в одиницях енергії: джоулях (Дж) або кілоджоулях (кДж).