2.2 : Энтальпия и теплота реакции

Сгорание, широко известное как горение, представляет собой реакцию, в которой вещество реагирует с окислителем, которым в большинстве случаев является молекулярный кислород, с высвобождением энергии в форме тепла, света или звука. Теплоту сгорания также называют энтальпией сгорания. Энергия, выделяющаяся при полном сгорании одного моля вещества при постоянном давлении, называется молярной теплотой сгорания. Реакции горения экзотермичны; то есть в процессе этих реакций выделяется энергия, и по соглашению о знаках, ΔH для них отрицательно.

В 1772 году французский химик Антуан Лавуазье обнаружил, что продукты сгорания серы весят больше, чем первоначальная масса реагирующего вещества. Он предположил, что сера соединяется с воздухом, что приводит к увеличению веса. Позднее открытие Джозефом Пристли в 1774 году «кислорода» как компонента воздуха привело Лавуазье к мысли, что сера соединяется с кислородом воздуха, что приводит к увеличению его массы. Он пришел к выводу, что горение означает соединение с кислородом. Другими словами, сера сгорела.

Примеры реакций сгорания включают сжигание углеводородного топлива, такого как природный газ и уголь. В случае реакций сгорания с участием углеводородов количество выделяемой энергии варьируется в зависимости от типа горящего топлива.

Например, горение природного газа метана (CH₄) определяется реакцией:

и генерирует меньше тепловой энергии, чем бутан (C₄H₁₀), что определяется реакцией:

Таким образом, количество молекул кислорода, необходимое для сгорания углеводорода, и количество молекул каждого образующегося продукта зависят от состава углеводорода.

Теплота сгорания определяет относительную стабильность разветвленных углеводородов с одинаковой молекулярной формулой. Разница в строении возникает из-за того, что метильные группы присоединены в разных положениях углеводородной цепи. Количество выделяемой тепловой энергии уменьшается с ростом ветвления, при этом сильно разветвленный 2,2-диметилгексан генерирует низкую энергию по сравнению с октаном. Следовательно, неразветвленный октан менее стабилен, чем его разветвленный аналог.