最終更新: 2026-06-30

ヘスの法則とは

エンタルピーは状態関数であり、その値は系がどのような経路をたどったかではなく、現在の状態だけで決まります。これを化学反応について述べたものがヘスの法則です。反応のエンタルピー変化は、1段階で進んでも複数の中間段階を経て進んでも同じになります。この性質のおかげで、すべての反応をカロリメーターで測定しなくても、表に載っているデータから反応エンタルピーを計算できます。

生成エンタルピーを使う方法

ヘスの法則を最もよく使う形は、標準生成エンタルピー（ΔHf°）を用いる方法です。これは、ある物質1モルがその構成元素の標準状態から生成するときのエンタルピー変化です。標準反応エンタルピーは次のように表されます。

$$\Delta H_{rxn}^{\circ} = \sum n\,\Delta H_f^{\circ}(\text{生成物}) - \sum n\,\Delta H_f^{\circ}(\text{反応物})$$

ここで n は反応式における各化学種の係数です。この計算機は、係数を掛けた2つの合計を受け取り、その差を返します。

記号	量	単位
ΔH°rxn	標準反応エンタルピー	kJ/mol
ΔHf°（生成物）	生成物の生成エンタルピー	kJ/mol
ΔHf°（反応物）	反応物の生成エンタルピー	kJ/mol
n	化学量論係数	無次元

計算例

メタンの標準燃焼エンタルピーを求めます。

$$\text{CH}_4(g) + 2\,\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l)$$

標準生成エンタルピー（kJ/mol）は CH₄ = −74.8、O₂ = 0、CO₂ = −393.5、H₂O(l) = −285.8 とします。

1. 生成物の合計：(1)(−393.5) + (2)(−285.8) = −393.5 − 571.6 = −965.1 kJ/mol。
2. 反応物の合計：(1)(−74.8) + (2)(0) = −74.8 kJ/mol。
3. ヘスの法則を適用：ΔH°rxn = −965.1 − (−74.8) = −890.3 kJ/mol。

大きな負の値から、メタンの燃焼が強い発熱反応であることがわかります。これが天然ガスが燃料として有用な理由です。

符号の読み方

ΔH°rxn の符号は、式の通りの反応における熱の流れの向きを表します。

ΔH の符号	名称	熱の流れ
負	発熱反応	周囲へ放出
正	吸熱反応	周囲から吸収
ほぼゼロ	熱的に中性	正味の交換がほとんどない

エンタルピーは反応量に比例するため、反応式を逆向きにすると ΔH の符号が反転し、係数を定数倍すると ΔH も同じ倍率になります。

なぜ単体は消えるのか

定義により、標準状態にある純粋な単体の最も安定な形は ΔHf° = 0 です。炭素なら黒鉛、酸素なら O₂ ガス、鉄なら金属鉄です。これらの化学種はどちらの合計にも寄与しないため、単体を消費・生成する反応では化合物の生成エンタルピーだけがあれば十分です。これが、上のメタンの例で酸素が計算に現れなかった理由です。

反応式を直接組み合わせる

生成エンタルピーが得られない場合でも、既知の反応を代数的に足し合わせることでヘスの法則を適用できます。反応を逆向きにすれば ΔH の符号を変え、反応を定数倍すれば ΔH も同じだけ変え、それらを足して中間体が打ち消され目的の反応式が残るようにします。足し合わせた ΔH が目的反応のエンタルピーになります。ここで用いた生成エンタルピー法は、この同じ考え方を最も体系的にまとめたものにすぎません。

関連する計算

ΔH°rxn が分かれば、エントロピー変化と組み合わせてギブズ自由エネルギーが求まり、反応が自発的かどうかを判定できます。カロリメトリー測定は同じエンタルピーを独立に実験的に確認する手段になり、気体の化学量論ツールはモルあたりの結果を実験室で扱う質量や体積へと変換します。

よくある質問 (FAQ)

ヘスの法則とは何ですか？

ヘスの法則とは、反応のエンタルピー変化が1段階で進んでも複数段階で進んでも同じになるという法則です。エンタルピーは状態関数であり、経路ではなく始状態と終状態だけで決まるためです。実用的には、標準反応エンタルピーは、生成物の標準生成エンタルピーの合計から反応物の合計を引いた値に等しく、それぞれ反応式の係数で重み付けされます。

化学反応式から2つの合計をどう求めますか？

データ表から各化学種の標準生成エンタルピー（ΔHf°、単位 kJ/mol）を調べます。各値に反応式の係数を掛け、生成物どうしを足して一方の合計を、反応物どうしを足してもう一方の合計を求めます。その2つをここに入力すると、生成物から反応物を引いてΔH°rxnが得られます。

ΔHの符号は何を意味しますか？

ΔHが負の場合、反応は周囲に熱を放出する発熱反応です（燃焼など）。ΔHが正の場合、反応は熱を吸収する吸熱反応です（熱分解など）。ゼロに近い値は、式の通りの反応で正味の熱のやり取りがほとんどないことを意味します。

なぜ単体の生成エンタルピーは0なのですか？

標準生成エンタルピーは、化合物1モルを標準状態の単体から生成するときのエンタルピー変化と定義されます。単体から自分自身を生成しても変化はないため、最も安定な形の単体（O₂ガス、黒鉛としての固体炭素、金属銅など）には慣例的にΔHf° = 0が割り当てられます。そのため単体の反応物や生成物は合計から消えます。