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2節 ヘスの法則

 

A ヘスの法則

ヘスの法則(総熱量不変の法則Hesss law)

この法則は,エネルギー保存の法則が物理変化のみならず化学変化にも適用できる事を示した科学史的意義をもつ法則で,その発表はエネルギー保存の法則に先立ち,1840年スイス系ロシア人G.H.ヘス(18021850)によって行われた。

ヘスの法則の内容は,「反応熱は,その反応の初めの状態と終わりの状態で決まり,途中の経路には関係しない」というもので,化学反応に伴う熱現象を扱う熱化学の基本法則である。また,エネルギー保存の法則を化学変化に適用したものである事から,「総熱量保存の法則」とも呼ばれている。

ヘスの法則により,直接に測定する事の困難な反応熱を,別の反応の反応熱から計算により求める事ができるようになった。

 

ヘス

1802年,スイスのジュネーブで生まれ,1850年,ペテルスブルグで没した。化学者にして医者。父は教師で,1805年,ロシアのペテルスブルグに連れていかれた。1822年〜1825年,ドルバトの大学で医学教育を受け,その他化学と地質学を学んだ。スウェーデンの化学者ベルツェリウスと1か月過ごした後,ウラル山脈の地質探険隊に参加し,その後イルクーツクで医師となった。1830年には再びペテルスブルグに戻り,2年後にペテルスブルグ工科大学の教授となった。1838年まで,主として鉱物と有機化学の研究を行い,1840年と1842年に熱化学の古典的論文を出版した。これが有名なヘスの法則の発見である。

彼の著書純粋化学の基礎は,ロシアの代表的教科書として使われたが,1860年にメンデレーエフの著書にとって代わられた。

 

B 生成熱と反応熱

熱量(calorimeter)

反応熱の測定には,一般に熱量計(カロリーメーター)が用いられる。熱量計は,その測定方法から,次の3種類に分類される。

(1) 等温熱量計  (2) 等温壁熱量計  (3) 断熱型熱量計

等温熱量計は,熱量計のあらゆる部分の温度を一定に保つ工夫をしたもので,純物質の一次の相変化,融解または蒸発における潜熱を利用している。氷熱量計が代表的な等温熱量計であり,これは融けた氷の量から発熱量を求めるものである。

等温壁熱量計は,周囲の温度を一定にする為熱容量の大きい一定温度の恒温槽につけてあり,熱量計からの熱の出入りが常に一定温度壁の条件下に行われる様になっている。この熱量計で,測定したい化学反応によって起こった変化と全く同一の変化を起こすのに必要な電気エネルギーを測定して,反応熱を決定する。この型の熱量計は,反応熱測定用の熱量計として広く利用されている。燃焼熱の測定に用いるボンベ熱量計もこの型に属する。

断熱型熱量計は,反応熱測定部があらゆる形式の熱の移動から遮断される様に工夫されたもので,測定の原理は等温壁熱量計とほぼ同じである。特に遅い反応の反応熱の測定に有効である。

簡易熱量計として利用できるものを次に挙げる。

(A) 簡易氷熱量計 ジュワー瓶に,氷と水の混合物を入れ,毛細管と反応容器を差し込んだゴム栓で密閉し,氷と水の入ったビーカーに浸したもの。反応によって生じた水の量を毛細管で測定し,反応熱を計算する。

(B) 簡易液体熱量計 発泡ポリスチレンや新聞紙等を用いて断熱した反応容器(ビーカー,三角フラスコ)や断熱効果のあるスチロールカップやジュワー瓶中で溶液または液体を反応させ,温度変化と予め決めておいた熱量計の水当量を用いて,反応熱を計算する。水当量は,熱量測定に際して反応部分以外の熱量計部分に出入りする熱量を温度1K当たりで表した値で,熱量計の熱容量を水の比熱で割ったものに等しい。

 

簡易熱量計

 

化学かいろ

化学かいろには,主として鉄粉・活性炭・塩化ナトリウム水溶液・繊維等の混合物が用いられている。発生する熱は,空気中の酸素により徐々に鉄が酸化される時の燃焼熱を利用している。

 

 

結合エネルギー(bond energy)

分子中のある結合を切断して分子が解離する為に必要なエネルギー。一般に単結合,二重結合,三重結合の順に大きくなる。

 

 

 

 








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