熱化学

熱化学は、化学反応や融解、沸騰などの相変化に関連する熱エネルギーの研究です。反応はエネルギーを放出または吸収し、相変化も同様です。熱化学は、システムとその周囲との間で熱の形で交換されるエネルギーに注目します。熱化学は、特定の反応の過程全体にわたって反応物と生成物の量を予測するのに役立ちます。エントロピーの測定と組み合わせて、反応が自発的か非自発的か、好ましいか好ましくないかを予測するためにも使用されます。

吸熱反応は熱を吸収し、発熱反応は熱を放出します。熱化学は、熱力学の概念と化学結合の形でのエネルギーの概念を融合したものです。この主題には、一般に、熱容量、燃焼熱、生成熱、エンタルピー、エントロピー、自由エネルギーなどの量の計算が含まれます。

熱化学は化学熱力学のより広い分野の一部であり、熱だけでなくさまざまな形態の仕事や物質の交換など、システムと周囲との間のあらゆる形態のエネルギーの交換を扱います。すべての形態のエネルギーを考慮すると、発熱反応と吸熱反応の概念は、発エルゴン反応と吸エルゴン反応に一般化されます。

熱化学は2つの一般化に基づいています。現代の言葉で言えば、次のようになります。^[1]

1. ラヴォアジエとラプラスの法則（1780年）：あらゆる変換に伴うエネルギー変化は、逆のプロセスに伴うエネルギー変化と等しく、反対である。^[2]
2. ヘスの定熱和の法則（1840年）：あらゆる変換に伴うエネルギー変化は、プロセスが1つのステップで発生するか、複数のステップで発生するかに関係なく同じである。^[3]

これらの記述は熱力学の第一法則（1845年）に先行し、その定式化に役立ちました。

熱化学には相転移の潜熱の測定も含まれます。ジョセフ・ブラックは、氷を融点まで加熱しても温度は上昇せず、むしろ氷が溶けてしまうという観察に基づいて、1761年に潜熱の概念をすでに導入していました。^[4]

グスタフ・キルヒホフは1858年に、反応熱の変化は生成物と反応物の熱容量の差によって決まることを示しました：dΔH / dT = ΔC _p。この式を積分することで、ある温度での反応熱を別の温度での測定値から評価することができます。^{[5] [6]}

熱変化の測定は熱量測定法を使用して行われます。これは通常、検査する変化が発生する密閉されたチャンバーです。チャンバーの温度は温度計または熱電対を使用して監視され、温度と時間の関係がグラフ化されて、そこから基本量を計算できます。最新の熱量計には、情報を素早く読み取るための自動装置が付属していることが多く、その一例が示差走査熱量計です。

熱化学では、いくつかの熱力学の定義が非常に役立ちます。システムとは、研究対象となる宇宙の特定の部分です。システムの外側にあるものはすべて、周囲または環境と見なされます。システムには次のようなものがあります。

• 周囲とエネルギーも物質も交換できない（完全に）隔離されたシステム、例えば絶縁爆弾熱量計など
• 断熱された密閉ピストンやバルーンなど、機械的な仕事は交換できるが熱や物質は交換できない断熱システム
• 断熱されていない爆弾熱量計など、熱は交換できるが機械的な仕事や物質は交換できない機械的に隔離されたシステム
• 断熱されていない閉じたピストンや風船など、エネルギーは交換できるが物質は交換できない閉鎖系
• 沸騰したお湯の入った鍋のように、周囲と物質とエネルギーの両方を交換できる開放系

システムの 1 つ以上の特性が変化すると、そのシステムはプロセスを受けます。プロセスは状態の変化に関係します。等温(同一温度) プロセスは、システムの温度が一定である場合に発生します。等圧(同一圧力) プロセスは、システムの圧力が一定である場合に発生します。熱交換が行われない場合、 プロセスは断熱です。

• 熱量測定
• 化学反応速度論
• 低温化学
• 示差走査熱量測定
• イソデスミック反応
• 熱化学における重要な出版物
• 光電子光イオン同時計測分光法
• 最大仕事の原則
• 反応熱量計
• 純物質の熱力学データベース
• 熱力学
• トムセン・ベルテロ原理
• ジュリアス・トムセン

• ウォーカー、ジェームズ(1911)。「熱化学」 。ブリタニカ百科事典。第 26 巻 (第 11 版)。pp.  804– 808。