Тепловой эффект реакции – это теплота Q, выделившаяся или поглощенная в химической реакции

Его можно измерить в специальных приборах – калориметрах.
Если тепловой зффект реакции определен при постоянном объеме обозначение Q_v, а единственным видом работы является работа расширения A = pΔV, которая при V = const равна нулю, то фактически будет определено и значение ΔU, т.е. Q_v = ΔU. При проведении реальных химических реакций, поддерживать объем постоянным затруднительно, особенно в реакциях с участием газообразных веществ, количества и объем которых меняются при переходе от реагентов к продуктам. Чаще химические реакции протекают так, что изменение объема приспосабливается к постоянному давлению (например атмосферному).
Если тепловой эффект химической реакции определен при постоянном давлении Q_p, то он равен:

Q_p = ΔU + A = ΔU + pΔV

где A = pΔV – работа, произведенная в результате реакции по изменению объема против внешнего давления p = const.
В этих условиях значение Q_p характеризует конкретную химическую реакцию, протекающую без изменения давления.

энтальпия реакции ΔH – это тепловой эффект реакции при постоянном давлении

ΔH = ΔU + pΔV

Единица энтальпии в СИ джоуль (Дж); в химии и справочных таблицах чаще используется кратная единица – килоджоуль (кДж).
Встречающееся в старой литературе обозначение теплового эффекта реакции через Q (без индекса) обычно относится к условию p = const, т.е. характеризует энтальпию реакции ΔH.

Для сравнения тепловых эффектов различных реакций, а следовательно, внутренних энергий и энтальпий, значения этих величин необходимо приводить к одинаковым условиям (давлению температуре). В качестве стандартных условий выбрано нормальное атмосферное давление (1.013·10⁵Па, или 1 атм) при постоянной температуре для реакции без участия газов [для газовых систем давления каждого газа реагента или продукта должно быть равно 1 атм]. Величины ΔU и ΔH в этих условиях называют стандартными и обозначаются ΔU°_Т и ΔH°_Т (верхний индекс отвечает стандартному давлению нижний индекс – стандартной температуре). Обычно значения ΔH°_Тприводятся для различных температур, например ΔH°₂₀₀, ΔH°₄₀₀, ΔH°₆₀₀ и т.д. Наибольшее число значений ΔH°_Т относится (по международному соглашению) к 298,15 К (25°С) – ΔH°_298,15 или просто как ΔH° и используется в практических расчетах. В первом приближении можно принять, что значение ΔH° мало зависит от температуры.

Стандартное давление требует пояснения, когда речь идет о газовых реакциях. Постоянство давления каждого газообразного реагента или продукта – это условие, подразумевающее, что концентрации этих веществ постоянны; однако реакция протекает и количества реагентов уменьшаются, а количества продуктов возрастают. Следовательно неизменный состав реакционной смеси возможен только при допущении, что общее количество каждого вещества в системе значительно больше, чем реагирующее количество этого вещества, что и обеспечивает условие p = const.

экзотермические реакции – это химические реакции, сопровождающиеся выделением теплоты в окружающую среду (Q_p или Q_vменьше нуля)

Для экзотермических реакций ΔU < 0 запас энергии продуктов оказывается меньшим чем запас энергии реагентов. Аналогично, энтальпия экзотермической реакции меньше нуля (отрицательная), ΔH < 0; другими словами реакционная система в целом [реагенты и(или) продукты в зависимости от обратимости или необратимости реакции] уменьшает свой запас энергии, что проявляется в нагревании сначала реакционной смеси, а затем и окружающей среды.

эндотермические реакции – это химические реакции, сопровождающиеся поглощением теплоты из окружающей среды (Q_p или Q_vбольше нуля)

Для эндотермических реакций ΔU > 0, т.е. запас энергии продуктов больше, чем запас энергии реагентов. Аналогично значение энтальпии эндотермической реакции больше нуля (положительно), ΔH > 0; другими словами, реакционная система в целом [реагенты и (или) продукты] увеличивает свой запас энергии, что проявляется в охлаждении сначала реакционной смеси, а затем и окружающей среды.

Пример. Взаимодействие раскаленного кокса с водяным паром (образование водяного газа) является эндотермической реакцией (сопровождается охлаждением кокса):

C_(т) + H₂O_(г) = CO_(г) + H_2(г); ΔH° = +132 кДж

Чтобы процесс не прекратился, периодически через кокс продувают воздух, при этом протекает экзотермическая реакция:

2C_(т) + O₂O_(г) = 2CO_2(г); ΔH° = -220 кДж

При протекании обратимых процессов значение ΔH° прямой реакции численно равно и обратно по знаку значению ΔH° обратной реакции; так если прямая реакция экзотермическая то обратная реакция будет эндотермической.

Пример. Равновесие Будуара (образование монооксида углерода из угля и диоксида углерода) – эндотермический процесс:

2CO_2(г) + С_(т) ↔ 2CO_(г); ΔH° = +173 кДж

а обратная реакция, т.е. разложение CO, – экзотермическая:

2CO_(г) + С_(т) ↔ 2CO_2(г) + С_(т); ΔH° = -173 кДж

Уравнение химической реакции, в котором приведено значение энтальпии этой реакции и указаны агрегатные состояния реагентов и продуктов, называются – термохимическое уравнение реакции.

Существуют два способа записи термохимических уравнений: термохимический и термодинамический.
Согласно современному термодинамическому способу тепловой эффект реакции (в виде энтальпии реакции ΔH°) записывается отдельно после точки запятой от химического уравнения. В соответствии с более старым термохимическим способом тепловой эффект реакции Q_p указывают непосредственно в уравнении химической реакции. При этом, если теплота передается от системы во внешнюю среду то ее значение записывается в виде слагаемого в правой части уравнения (после продуктов):

2C_(т) + O_2(г) = 2CO_2(г) + 220 кДж

Если же теплота передается из внешней среды в систему, то применяют две альтернативные записи:

2C_(т) + H₂O_(г) + 132 кДж = CO_(г) + H_2(г)

или

2C_(т) + H₂O_(г) = CO_(г) + H_2(г) – 132 кДж

Таким образом, при указании теплового эффекта реакции в правой части уравнения его значения для экзотермических реакции положительны, для эндотермических реакций – отрицательны.

В отличии от современной термодинамической системы знаков (ΔH < 0 – экзотермические реакции; ΔH > 0 – эндотермические реакции) энергообмен между системой и окружающей средой в старом способе указания знаков рассматривается относительно внешней среды, которая при ΔQ_p < 0 – нагревается, а при ΔQ_p > 0 – охлаждается. Поэтому следует быть внимательным при пользовании литературой прошлых лет по термохимии и вначале необходимо удостовериться, по какому способу записаны термохимические уравнения.