Reakční enthalpie - kolik můžu z reakce vytěžit energie?
Termochemie se zabývá teplem, které se uvolňuje nebo spotřebovává při chemických reakcích. Množství tepla se vyjadřuje pomocí veličiny enthalpie (H), konkrétně pomocí její změny (\Delta H). Při změně enthalpie u chemické reakce se jedná o reakční enthalpii (reakční teplo), která se značí \Delta_{\mathrm{r}} H.
Ta říká, kolik tepla je třeba reaktantům dodat, aby reakce proběhla. Například pokud se vodík a dusík slučuje na amoniak, je potřeba dodat 92 \mathrm{~kJ} \cdot \mathrm{mol}^{-1} :
\mathrm{N}_2(\mathrm{g})+3\mathrm{~H}_2(\mathrm{g})\longrightarrow{}2\mathrm{~NH}_3(\mathrm{g})\quad\Delta H=\bm{\mathrm{~}92\mathrm{~kJ}\cdot\mathrm{mol}^{-1}}
Hodnota reakční enthalpie platí pro rovnici tak, jak je napsaná. Tedy pro případ, kdy z 1 molu dusíku a 3 molů vodíku vznikají 2 moly amoniaku. Jiná reakční enthalpie bude třeba v případě, kdy má vznikat 1 mol amoniaku:
\frac{1}{2}\mathrm{N}_2(\mathrm{g})+\frac{3}{2}\mathrm{H}_2(\mathrm{g})\longrightarrow{}{\mathrm{NH}}_3(\mathrm{g})\quad\Delta H=\bm{\mathrm{~}46\mathrm{~kJ}\cdot\mathrm{mol}^{-1}}
Všechny stechiometrické koeficienty bylo potřeba podělit dvěma. Pokud reaguje jen polovina reaktantů, odpovídá to i poloviční energii, kterou je potřeba dodat. Reakční enthalpie je tedy v tomto případě 46 \mathrm{~kJ} \cdot \mathrm{mol}^{-1}.
Je důležité si uvědomit, že reakční enthalpie se udává pro určitou teplotu (běžně 25^{\circ}\mathrm{C}). Pro vyšší teplotu může být reakční enthalpie jiná a je závislá i na tepelné kapacitě dané látky.
2\mathrm{~H}_2(\mathrm{g})+\mathrm{O}_2(\mathrm{g})\longrightarrow{}2\mathrm{~H}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})\quad\Delta H=-\:\bm{484\mathrm{~kJ}\cdot\mathrm{mol}^{-1}}
To v praxi vypadá tak, že tato směs exploduje, přičemž se uvolní energie, která ohřeje okolní vzduch. Všimni si, že reakční teplo uvedené u reakce je záporné. To znamená, že reakci je „potřeba dodat záporné množství energie“. Opět se samozřejmě bavíme jen o energii, která se uvolní, pokud bude reagovat jeden mol kyslíku. Kdyby reagoval jeden mol vodíku, případně vznikal jeden mol vody, bude uvolněná energie poloviční.
Reakcím, při kterých se teplo spotřebovává (\Delta H je kladná), se říká endotermické. Rekce, při kterých se teplo uvolňuje (\Delta H je záporná), jsou exotermické.