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理論化学
化学講座 第34回:熱化学方程式④

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今回は反応熱を測定する方法について説明します。

加えた熱量と物質の温度変化の間には Q(加えた熱量) = C(比熱)×m(質量)×⊿T(温度変化) の関係式が成立します。

容器や水溶液の比熱と質量があらかじめ分かっていれば、反応の前後での温度変化⊿Tをこの式に代入して化学反応で発生する熱量を求める事ができます。

温度変化の測定には、次のような装置を使います。容器は、熱が逃げないように断熱材でできていてふたがついています。また、内部の温度を測定できるように温度計が挿入されています。

温度変化の測定装置

この内部で、化学反応を行うと、温度が変化しますが、その温度変化を時間に対するグラフにすると、次のようなグラフが得られます。

温度変化のグラフ

さて、このグラフから反応前後の温度変化⊿Tを読み取りますが、そのためには、どこを読み取ればよいのでしょうか。

単純に考えれば、反応が始まった点Aの温度と反応が終了して温度上昇が止まった点Bの温度の差を温度変化⊿Tと考えればよさそうですが、点Bから点Cに向かって温度が低下しているのが少し気になりますよね。

そこで、点Bから点Cに向かってなぜ温度が低下しているのかを考えます。温度が低下しているのですから、容器から放熱が起こっているのでしょう。

断熱容器といっても、カップヌードルの容器のもう少し程度のいいようなものですから、容器から少しずつ熱が逃げているのです。カップヌードルの容器もお湯を入れて、カップを持ってみると、少しあたたかいですよね。これは容器から放熱しているからです。

さて、この放熱ですが、当然、化学反応が起こっている最中も起きています。点Aと点Bの温度の差を⊿Tとして採用すると、この放熱の効果を無視する事になってしまいます。

そこで、放熱の効果をちゃんと考えるために、直線BCと点Aを通り、縦軸に平行な直線の交点Dの温度と点Aの温度の差を温度変化⊿Tとして採用します。

温度変化のグラフ

この温度変化⊿Tを使って、先ほどの式を作れば、化学反応で生じた熱量を求める事ができるのです。

さて、今回は短かったですが、これでおしまいです。次回は、物質の構成についてお話しします。

 
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