Хімія. Повторне видання (2025). 8 клас. Попель

§ 13. Тепловий ефект хімічної реакції

Наші воїни захищають рідну землю в будь-яку пору року, за будь-якої погоди. Буває, що взимку, восени чи навесні, коли холодно, навіть невеличке вогнище розпалити не можливо. Напевно, ви вже знаєте, що в таких випадках часто використовують хімічні грілки. Вони всередині містять суміш порошку заліза, кухонної солі, наповнювачів, а також воду. У разі контакту суміші цих речовин з повітрям починається хімічна реакція з виділенням теплоти. Отже, трохи зігрітися можна і без вогню.

Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте

• Як класифікують реакції за тепловим ефектом?
• У чому причина теплового ефекту реакції?
• Для чого використовують екзотермічні реакції?

Теплові ефекти хімічних реакцій. Ми вже розглядали хімічні реакції, під час яких відбувається горіння простих і складних речовин. Якщо сірку або метан підпалити в повітрі або кисні, то речовина горітиме й виділятиметься теплота:

S + О₂ =^t SO₂;

СН₄ + 2О₂ =^t СО₂ + 2Н₂О.

Теплота може виділятися і внаслідок реакцій, які не супроводжуються горінням. Таку особливість має, наприклад, взаємодія негашеного вапна з водою; продукт реакції — гашене вапно:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂.

Реакції з виділенням теплоти часто відбуваються мимовільно. Щоправда, у більшості випадків їх треба ініціювати (наприклад, підпалити речовину чи нагріти до температури займання). За перебігом такого перетворення (назва досліду — «Хімічний вулкан») ви вже спостерігали (с. 20, вправа 6). А реакція алюмінію з бромом починається в момент контакту речовин. Відео досліду можна переглянути за покликанням у QR-коді (https://h8.academiabook.club/р-14-video.html).

video

Відомі також реакції, перебіг яких потребує постійного нагрівання речовин. Серед таких реакцій — розклад крейди на два оксиди, розклад сполуки HgO на прості речовини:

СаСО₃ =^t СаО + CO₂↑;

2HgO =^t 2Hg + O₂↑.

Під час кожного хімічного перетворення теплота поглинається. Якщо нагрівання припинити, то зупиниться й реакція.

Виникнення теплового ефекту реакції розглянемо на прикладі взаємодії водню з киснем, продуктом якої є вода. Уявімо, що спочатку молекули Н₂ і О₂ розпадаються на атоми. На це витрачається певна кількість енергії. Потім атоми Гідрогену й Оксигену сполучаються в молекули Н₂О. Утворення молекул води з атомів відбувається з виділенням енергії, але іншої її кількості, ніж було поглинуто молекулами водню і кисню. Різниця значень цих енергій і становить тепловий ефект хімічної реакції.

Обговорюймо

З виділенням чи поглинанням теплоти реагує водень з киснем? Кількість якої енергії більша — тієї, яка витрачається на руйнування молекул реагентів, чи тієї, яка виділяється внаслідок утворення молекул води?

Чому хімічній реакції властивий тепловий ефект? Кожна речовина має свою внутрішню енергію, яку виміряти неможливо. Вона складається з енергій усіх частинок речовини (атомів, молекул) та енергії їх взаємодії. Якщо сумарна внутрішня енергія реагентів перевищує внутрішню енергію продуктів, реакція відбувається з виділенням теплоти¹. Якщо ж продукти реакції мають більшу внутрішню енергію, ніж реагенти, теплота поглинається під час реакції (мал. 42).

¹ Її кількість дорівнює різниці внутрішніх енергій продуктів і реагентів.

Мал. 42. Енергетичні діаграми реакцій з різними тепловими ефектами

Виділення або поглинання теплоти під час хімічної реакції узгоджується із законом збереження енергії: енергія не виникає з нічого і не зникає безслідно, а перетворюється з одного виду на інший.

Усі хімічні реакції відбуваються з тепловим ефектом. Якщо кількість теплоти, яка виділяється або поглинається, є незначною, то виявити тепловий ефект реакції досить важко.

Реакції, під час яких теплота виділяється, називають екзотермічними¹, а реакції, під час яких теплота поглинається, — ендотермічними².

¹ Термін походить від грецького слова «екзо» — ззовні.

² Термін походить від грецького слова «ендон» — всередині.

Думаймо

Назвіть біологічні та медичні терміни, у яких є префікси екзо- і ендо-.

Для теплового ефекту реакції використовують позначення ΔΗ (треба читати «дельта-аш»). Великою грецькою літерою дельта Δ указують зміну математичної чи фізичної величини. Запис ΔН означає таку математичну дію: сумарна внутрішня енергія продуктів реакції мінус сумарна внутрішня енергія реагентів. У разі зменшення внутрішньої енергії речовин ΔН < 0, теплота виділяється і реакція є екзотермічною, а в разі збільшення внутрішньої енергії — ΔН > 0, теплота поглинається і реакція є ендотермічною (мал. 43).

Мал. 43. Теплові ефекти хімічних реакцій

Тепловий ефект за потреби вказують разом з хімічним рівнянням:

S + О₂ =^t SO₂; ΔH < 0 (екзотермічна реакція);

СаСО₃ =^t СаО + CO₂↑; ΔН > 0 (ендотермічна реакція).

Такі записи називатимемо термохімічними рівняннями.

Виконаймо вправу

Запишіть у зошит інші хімічні рівняння, наведені на с. 69, і додайте до кожного з них позначення теплового ефекту.

Про термохімічні рівняння із числовими значеннями теплових ефектів реакцій ви можете дізнатися за покликанням у QR-коді(https://h8.academiabook.club/p-14-text-1.html).

text

Використання теплових ефектів реакцій. У давні часи люди обігрівали своє житло, спалюючи деревину, рослинні залишки. В останні кілька століть людина почала використовувати для цього вугілля, продукти перероблення нафти, природний газ. Речовини та їх суміші, які ми спалюємо з метою вироблення теплової енергії, називають паливом.

Думаймо

Поясніть, чому під час згоряння різних видів палива виділяється різна кількість теплоти.

Найбільше теплоти виділяє під час згоряння водень, а найменше — деревина. Водень називають екологічно чистим паливом, бо єдиним продуктом його реакції з киснем є вода. Горіння водню — «безкарбоновий» спосіб вироблення енергії. Його перевага в тому, що в атмосферу не надходить вуглекислий газ, який спричиняє парниковий ефект. Проте водень як паливо не використовують, насамперед тому, що в природі нашої планети його практично немає. У становленні водневої енергетики є кілька проблем. Серед них — оптимізація процесів одержання, а також зберігання і транспортування водню (він скраплюється за дуже низької температури), можливість вибуху сумішей водню з повітрям від іскри або підпалювання.

Екзотермічні реакції ми використовуємо в побуті (в газових плитах, камінах, печах), спалюючи пальне у двигунах автомобілів, влаштовуючи святкові феєрверки. Ранньої весни дехто вирощує розсаду овочів на «теплових» грядках — ділянках, де компостуються рослинні залишки і внаслідок хімічних реакцій, спричинених діяльністю мікроорганізмів, виділяється теплота.

Думаймо

Екзотермічні чи ендотермічні перетворення речовин відбуваються, коли ми щось варимо чи смажимо на кухні? Відповідь обгрунтуйте.

У живому організмі в процесі травлення відбуваються перетворення речовин з виділенням теплоти; у результаті цього підтримується сталою температура тіла. Відомості про енергетичну цінність (або калорійність) поширених харчових продуктів ви можете знайти за покликанням у QR-коді (https://h8.academiabook.club/p-14-text-2.html).

text

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про тепловий ефект хімічної реакції, екзотермічні та ендотермічні реакції.

Думаймо

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам/однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

Перевірмо себе

1. Чим зумовлене виділення чи поглинання теплоти під час хімічної реакції?

2. Чи є вичерпним поділ хімічних реакцій на екзотермічні та ендотермічні?

Поміркуймо

3. За стандартних умов дуже повільно взаємодіють два оксиди — СаО і СО₂. Продукт реакції — речовина з формулою СаСО₃. Екзотермічною чи ендотермічною є ця реакція? Візьміть до уваги вміщені в параграфі відомості про протилежну реакцію — розклад речовини СаСО₃.

4.* Екзотермічними чи ендотермічними є, на вашу думку, реакції, які зумовлюють корозію металів? Відповідь аргументуйте.

Пояснюймо

5. Чому багато горючих речовин потрібно нагріти, щоб розпочалося їх горіння в повітрі?

Формуймо словничок

6. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

Оцінюймо свої знання

7. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

Експериментуємо в хімічному кабінеті/лабораторії

ДОСЛІДЖУЄМО ТЕРМІЧНИЙ РОЗКЛАД ХАРЧОВОЇ СОДИ

Харчова сода під час нагрівання розкладається. Одним із продуктів реакції є вуглекислий газ.

Виконуючи дослід, дотримуйтеся правил безпеки!

Помістіть у пробірку харчову соду масою приблизно 2 г і закрийте корком, у який вставлено зігнуту газовідвідну трубку.

Налийте в невелику склянку води до половини об’єму.

Перевірте зібраний прилад на герметичність.

Запаліть спиртівку або сухе пальне.

Закріпіть пробірку в пробіркотримачі і вставте кінець газовідвідної трубки у воду. Обережно прогрійте всю пробірку, а потім нагрівайте її нижню частину, де міститься сода. Спостерігайте за надходженням пухирців газу у воду. Спочатку виділятиметься невелика кількість повітря (поясніть, чому), а потім вуглекислий газ.

Припиніть нагрівання. Чи продовжує розкладатися сода?

Коли пухирці газу вже не з’являтимуться, одразу знову нагрівайте пробірку із содою. Що відбувається?

Тільки-но завершите дослід, вийміть газовідвідну трубку з води (поясніть, для чого).

Зробіть висновок за результатом експерименту.

Доведіть, що газ, який виділяється, є вуглекислим газом¹. Для цього занурте газовідвідну трубку в пробірку з розчином гашеного вапна і ще раз нагрійте харчову соду. Що спостерігаєте?

¹ Пригадайте, як виявляли утворення цього газу під час горіння парафіну в експерименті, описаному на с. 53.

МІРКУЄМО, ПОРІВНЮЄМО, АНАЛІЗУЄМО

1. Дізнайтеся, у процесі приготування яких страв харчова сода виявляє досліджену вами хімічну властивість.

2. Харчову соду можна одержати, здійснивши реакцію сполучення між продуктами її розкладу — кальцинованою содою, вуглекислим газом і водою. Ця реакція є екзотермічною чи ендотермічною?