2.2 : Entalpia i ciepło reakcji

Spalanie, to reakcja, podczas której substancja reaguje ze środkiem utleniającym, którym w większości przypadków jest tlen cząsteczkowy, w celu wyzwolenia energii w postaci ciepła, światła lub dźwięku. Ciepło spalania jest również znane jako entalpia spalania. Energia uwolniona podczas całkowitego spalenia jednego mola substancji pod stałym ciśnieniem nazywana jest molowym ciepłem spalania. Reakcje spalania są egzotermiczne; to znaczy uwalniają energię, a ich konwencja znaku ΔH jest ujemna.

W 1772 roku francuski chemik Antoine Lavoisier odkrył, że produkty spalonej siarki ważą więcej niż początkowa masa reagenta. Postulował, że siarka łączy się z powietrzem, co skutkuje zwiększeniem masy. Później odkrycie przez Josepha Priestleya w 1774 r. „tlenu” jako składnika powietrza doprowadziło Lavoisiera do przypuszczenia, że siarka łączy się z tlenem w powietrzu, co prowadzi do wzrostu jej masy. Doszedł do wniosku, że spalanie oznacza łączenie się z tlenem. Innymi słowy, siarka uległa spaleniu.

Przykłady reakcji spalania obejmują spalanie paliw węglowodorowych, takich jak gaz ziemny i węgiel. W przypadku reakcji spalania węglowodorów ilość wydzielanej energii różni się w zależności od rodzaju paliwa poddawanego spalaniu.

Na przykład spalanie gazu ziemnego, metanu (CH₄), wynikające z reakcji:

wytwarza mniej energii cieplnej niż butan (C₄H₁₀), co wynika z reakcji:

Zatem liczba cząsteczek tlenu wymagana do spalenia węglowodoru i liczba cząsteczek każdego utworzonego produktu zależy od składu węglowodoru.

Ciepło spalania reguluje względną stabilność rozgałęzionych węglowodorów o tym samym wzorze cząsteczkowym. Różnica w strukturze wynika z grup metylowych przyłączonych w różnych pozycjach wzdłuż łańcucha węglowodorowego. Ilość uwalnianej energii cieplnej maleje wraz ze wzrostem rozgałęzienia, przy czym silnie rozgałęziony 2,2-dimetyloheksan generuje niską energię w porównaniu z oktanem. Dlatego nierozgałęziony oktan jest mniej stabilny niż jego rozgałęziony odpowiednik.