熱化学

「反応が起きる」と「エネルギー」の関係


2H2 + O2 2H2

水素は燃えると水になりますね。これは簡単に(爆発という形で)反応は起き、かなりの熱が出ます。

しかし、逆は起きないでしょう?

2H2 2H2 + O2:(簡単には起きない)

もしこれを起こそうとしたら、電気分解という大掛かりな方法が必要になりますでしょ?


もっとハッキリした例を挙げると、

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2

メタンが燃える熱を書いてみました。

二酸化炭素と水が生じます。これも容易に起きる反応です。マッチの火を近づけてやれば十分です。

しかし逆反応は起きません。二酸化炭素と水を混ぜても、メタンはできません。

なぜ反応には、決まった向きがあるのでしょう?

それはエネルギーを例の図で書けば分かります。




















ね、自然は安定しようとするから、エネルギーが低い方向にしか変化が起きない訳ですね。

さらに、水素やメタンが燃えた時に熱が出る事も分かります。

上の図をさらに正確に描きますと、

エネルギーの差が2H2 + O2 と 2H2O では 484 kJ の差があるのですね。

言い換えれば、不等式で書けば、

[2H2とO2の持つエネルギー] > [2H2Oの持つエネルギー]

なのですが、その差を考慮すると、

[2H2とO2の持つエネルギー] = [2H2Oの持つエネルギー] + 484kJ

という方程式が書ける訳です。

で、反応により分子の持つエネルギーが減少する(だから反応する)のですが、理科のお話で書きましたように、エネルギーは消えたり、無くなったりしませんから、484kJ のエネルギーが余る訳です。それが、反応した時に熱が生じる原因です。


まとめますと、

[反応前のエネルギーの和] > [反応後のエネルギーの和]

の場合しか、基本的には反応が起きない訳です。


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