انجام یک واکنش شیمیایی با تغییر انرژی همراه می‌باشد. واکنشی که هنگام سوختن گاز طبیعی و هوا صورت می‌گیرد، گرمای لازم برای پختن غذا روی اجاق گاز یا جوشیدن آب را فراهم همی‌کند. در مقابل تشکیل گلوکز در فرایند فتوسنتز نیاز به جذب انرژی نورانی خورشید دارد. اکثر واکنش های شیمیایی گرما تولید می‌کنند. در واکنش های گرماده ، گرما از مخلوط واکنش به محیط اطراف جریان می‌یابد و اثر این جریان ، افزایش دمای محیط می‌باشد. ترموشیمی بخشی از علم شیمی است که در آن گرمای واکنش ها را که همراه واکنش تولید و یا جذب می شود را اندازه گیری و محاسبه می کنند. اکثر واکنش ها یا گرماده هستند و یا گرماگیر، مقدار گرمایی که در اثر یک واکنش تولید و یا مصرف می شود را گرمای واکنش می نامند و با علامت H∆ نشان می دهند.
آنتالپی (H)
مرکب از دو لغت یونانی Endon به معنی در یا درون و Thalpein به معنی گرم کردن که بر روی هم به معنی گرمای درونی یا انرژی درونی است. چون فشار و حجم کمیت هایی مثبت هستند، آنتاپی یک سیستم به اندازه P.V از انرژی درونی آن بیشتر است (H-E = P.V) چون اغلب واکنش ها در فشار ثابت اتمسفر انجام می شوند، گرمای واکنش ها برابر با تغییر آنتالپی سیستم خواهد بود و نه تغییر انرژی درونی سیستم. انرژی گرمایی مربوط است به حرکت و جنبش مولکولی و حرکت و جنبش اتم ها در درون مولکول. ممکن است یک مایع و یا یک گاز به ظاهر بی حرکت باشد ولی مولکول های آن دارای حرکت انتقالی می باشدو در درون مولکول اتم ها دارای حرکت دورانی و حرکت ارتعاشی می باشند، در واقع سه نوع حرکت وجود دارد ۱- انتقالی ۲- دورانی ۳- ارتعاشی این حرکت ها برای خود انرژی به دنبال دارند، در مایعات و گازها هر سه حرکت وجود دارد ولی در جامدات مولکولی جامد در یک نقطه ثابت است یعنی حرکت انتقالی ندارند ولی حرکت دورانی و ارتعاشی در مولکول وجود دارد. در حالیکه ظاهر یک گاز یا مایع ساکن است مولکول ها و اتم های آن دارای حرکت انتقالی و دورانی و ارتعاشی می باشند و از این جهت انرژی خود را ذخیره می کنند که به آن انرژی گرمایی می گویند.
واکنش هایی که از محیط اطراف گرما جذب می‌کنند (گرماگیر هستند) زیاد معمول نیستند. در این موارد می‌توان به ذوب شدن یخ اشاره کرد که در این واکنش ها جهت جریان گرما ، از اطراف به مخلوط واکنش است. وقتی تکه یخی در لیوان آب داغی ذوب می‌شود، دمای آب را پایین می‌آورد. در معادلات شیمیایی بر طبق قرار داد برای واکنش های گرماده که با کاهش آنتالپی همراه می‌باشد H∆ دارای مقدار منفی (کوچکتر از صفر) و برای واکنش های گرماگیر که با افزایش آنتالپی همراه می‌باشد H∆ دارای مقدار مثبت (بزرگتر از صفر) است.
اگر مواد شرکت کننده در واکنش در حالت مایع یا جامد باشند،تغییر حجم،قابل توجه نخواهد بود و عملا می توان H∆ و E∆ را برابر در نظر گرفت اما اگر واکنش در فاز گازی انجام شود این تفاوت ،قابل چشم پوشی نخواهد بود.
مقدار H∆ به حالت فیزیکی مواد شرکت کننده در واکنش بستگی دارد.
اگر ضرایب مواد شرکت کننده در واکنش، در عددی ضرب یا بر عددی تقسیم شوند H∆ نیز بر آن عدد ضرب یا تقسیم خواهد شد.
مقادیر H∆ واکنش با تغییر دما و فشار اندکی تغییر می کند. طبق قرارداد، مقادیر H∆ در فشار استاندارد گزارش می شود.
چنانچه جهت واکنش عوض شود، علامت H∆ تغییر میکند بدون آنکه در مقدار آن تغییری حاصل شود.
اگر واکنشی در چند مرحله انجام شود، H∆ واکنش نهایی برابر با مجموع H∆ های مراحل چندگانه ی آن واکنش خواهد بود.
رابطه تولید یا جذب گرما با واکنش شیمیایی
بطور کلی تغییر انرژی مشاهده شده در یک واکنش ناشی از اختلاف بین انرژی محصولات و مواد اولیه می‌باشد. اگر انرژی محصولات واکنش بیش از مواد اولیه باشد، برای انجام واکنش باید به سیستم انرژی دهیم. برعکس اگر انرژی محصولات واکنش کمتر از مواد اولیه باشد، مقداری انرژی به صورت گرما در اثر واکنش آزاد خواهدشد. اکثر واکنشهای انجام شده در آزمایشگاههای شیمی در فشار ثابت انجام می‌شوند ( فشار atm). جریان گرمای این واکنشها به محتوای گرمایی یا آنتالپی آنها بستگی دارد.
جریان گرمایی تمام واکنشهایی که مستقیما در فشار ثابت انجام می‌شوند دقیقا با اختلاف بین آنتالپی محصولات و مواد اولیه آنها برابر است.
واکنش H∆ = مواد اولیه H – محصولات Qp = H
که در این رابطه Qp جریان گرمایی واکنش در فشار ثابت و H محتوای گرمایی یا آنتالپی می‌باشد. البته برای درک رابطه بین تولید یا جذب گرما با واکنش شیمیایی ، از قانون اول ترمودینامیک استفاده می‌شود و دانستن نوع تغییر شیمیایی و اندازه آن ضروری می‌باشد.
حالتهای استاندارد در ترموشیمی
برای مشخص کردن حالت مواد واکنش دهنده و فراورده‌ها معمولا واکنشهایی مد نظر هستند که در آنها مواد واکنش دهنده از حالت استاندارد خود به فراورده‌هایی تبدیل می‌شوند که آنها هم در حالت استاندارد هستند. وقتی که اجسام در حالت استاندارد باشند، کمیات ترمودینامیکی را با بالاوند صفر نمایش می‌‌دهند. حالتهای استاندارد در ترمودینامیک شیمیایی به صورت زیر تعریف می شوند.
حالت استاندارد یک جسم گازی خالص در دمای معین ، همان گاز ایده آل در فشار bar 1 است.
حالت استاندارد یک مایع خالص در دمای معین ، مایع خالص در فشار bar 1 است.
حالت استاندارد یک جسم بلوری خالص در دمای معین ، جسم بلوری خالص ، درفشار bar 1 می‌باشد.
حالت استاندارد یک ماده محلول ، حالتی فرضی از آن ماده در محلول ایده آل ، مولالیته حالت استاندارد ( 1mol kg-1 ) درفشار bar 1 در هر دما می‌باشد.
قوانین ترموشیمی
“لاووازیه” و “لاپلاس” در سال 1870 نشان دادند که گرمای جذب شده در تجزیه یک جسم باید با گرمای آزاد شده در تشکیل آن در همان شرایط ، یکسان باشد. به این ترتیب اگر واکنشی را به صورت معکوس بنویسیم، علامت H∆ تغییر خواهد کرد. در سال 1840 “هس” نشان داد که گرمای کلی یک واکنش شیمیایی در فشار ثابت ، بدون در نظر گرفتن حالتهای واسطه واکنش ، مقداری معین می‌باشد. این نکته ، بازتاب این واقعیت تجربی است که آنتالپی ، یک تابع حالت است و به مسیر طی نشده یا تعداد مراحل در مسیر ارتباطی ندارد و اگر واکنشی ، مجموعی از دو یا چند واکنش دیگر باشد، H∆ کل ، مجموع تغییرات آنتالپی واکنشهای دیگر است (قانون هس).
چون آنتالپی مستقیما با جرم متناسب است، H∆ نیز با مقدار ماده‌ای که ترکیب می‌شود یا در واکنشی تولید می‌شود، متناسب است.
از طریق قانون هس می‌توان جریان گرمای واکنشی را که محاسبه آن مستقیما از یک مرحله مشکل یا غیر ممکن است تعیین نمود.
گرمای تشکیل
از آنجا که آنتالپی های مطلق ناشناخته‌اند، به جای آنها از آنتالپی نسبت به یک حالت مرجع استفاده می‌شود که این حالت مرجع گرمای تشکیل یا آنتالپی تشکیل می‌باشد. آنتالپی مولی تشکیل یک ترکیب ( Hf∆ ) برابر است با تغییر H∆ آن در هنگام تشکیل یک مول از این ترکیب ، از عناصرش در حالت پایدار در دمای 25 درجه و فشار atm 1.
آنتالپی تشکیل یک عنصر در حالت استاندارد خود ، درهر دمایی صفر است. می‌توان H∆ هر واکنش را با گرمای تشکیل ترکیبات شرکت کننده ارتباط داد. H∆ هر واکنش برابراست با اختلاف مجموع گرماهای تشکیل محصولات و مجموع گرماهای تشکیل مواد اولیه. آنتالپی‌های تشکیل مواد را می‌توان از روشهای زیر بدست آورد.
روش گرما سنجی برای واکنشهای ذوب ، تصعید ، تبخیر ، انتقال و …
تغییر ثابتهای تعادل در اثر تغییر دما
اندازه گیری انرژیهای تفکیک با روش طیف‌بینی
محاسبه از طریق انرژیها و آنتروپی‌های گیبس
در کتابهای مرجع آنتالپی‌های تشکیل برای ترکیبات مختلف در دماهای گوناگون در جدولهای مختلفی در دسترس هستند.