発熱反応と吸熱反応
化学変化には熱を放出する発熱反応と熱を吸収する吸熱反応があります。私たちの身のまわりには多くの発熱反応・吸熱反応が利用されています。
基本知識
発熱反応: 化学変化が起きると同時に熱を外部に放出する反応。反応後に温度が上がる。
例:
・燃焼（天然ガス、木炭、アルコールなどの燃焼）
・鉄の酸化: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3（さびる・使い捨てカイロ）
・中和反応（酸とアルカリが反応すると熱が出る）
・塩酸と水酸化ナトリウムの中和: 反応容器が温かくなる
吸熱反応: 化学変化が起きるとき熱を外部から吸収する反応。反応後に温度が下がる。
例:
・炭酸水素ナトリウムとクエン酸の反応（冷却パック）
・水酸化バリウムと塩化アンモニウムの反応: Ba(OH)2 + 2NH4Cl → BaCl2 + 2NH3 + 2H2O（温度が大きく下がる）
・光合成（二酸化炭素と水から有機物）
発熱反応（化学変化で熱が放出される。反応後に周囲の温度が上がる）
吸熱反応（化学変化で熱が吸収される。反応後に周囲の温度が下がる）
化学エネルギー（物質がもつ化学的なエネルギー。反応で熱や光などに変換される）
使い捨てカイロ（鉄の酸化による発熱を利用した発熱反応の応用）
冷却パック（硝酸アンモニウムなどの溶解による吸熱を利用）
活性化エネルギー（化学変化が始まるのに必要な最小エネルギー）
深掘り
発熱反応・吸熱反応はエネルギーの出入りの方向で決まります。物質がもつ化学エネルギーが反応後に低くなると熱が放出（発熱）、高くなると熱が吸収（吸熱）されます。
使い捨てカイロは鉄粉・食塩水・活性炭・水からなり、鉄の酸化を利用した発熱反応の応用例です。酸素を取り込みやすくするために細かい鉄粉を使っています。
身近な発熱・吸熱反応の分類:
発熱: 燃料の燃焼、カイロ、中和反応、金属と酸の反応
吸熱: 冷却パック、光合成、クエン酸＋重曹、アンモニアの生成
どちらの反応でも質量保存の法則は成り立ちます。エネルギーが出入りするだけで原子の総数は変わりません。
- 発熱反応＝熱を放出（周囲の温度が上がる）
- 吸熱反応＝熱を吸収（周囲の温度が下がる）
- 燃焼・中和・鉄の酸化は発熱反応
- 光合成・冷却パック・重曹＋クエン酸は吸熱反応
- 使い捨てカイロ＝鉄の酸化による発熱
- 発熱反応でも吸熱反応でも質量保存の法則は成立
- 活性化エネルギー＝反応を始めるのに必要なエネルギー
注意点
① 発熱反応は周囲の温度が上がる（熱が外に出るから）、吸熱反応は周囲の温度が下がる（熱を吸収するから）。逆に考えやすいので注意。② 光合成は光エネルギーを吸収して有機物を合成する吸熱反応。③ 中和反応は酸とアルカリが反応するたびに発熱する。④ 吸熱反応でも触れる前に初期エネルギー(活性化エネルギー)が必要な場合がある。
練習
- 使い捨てカイロに使われている化学変化の種類と、関係する物質を答えなさい。
- 次の化学変化を発熱反応と吸熱反応に分類しなさい: ①炭素の燃焼 ②光合成 ③鉄のさびる反応
- 吸熱反応が起きると周囲の温度はどうなるか。また、その理由を説明しなさい。