吸熱反応の基礎知識と熱力学的特徴

吸熱反応（きゅうねつはんのう、英語：endothermic reaction）とは、周囲から熱エネルギーを吸収する化学反応、または核反応のことである。化学反応における負の反応熱を伴う現象であり、広義には相転移や溶解、混合といった物理変化における吸熱現象も含めて指されることがある。対義語は発熱反応である。

原因とメカニズム

反応や物理変化に伴う熱の出入りは、各段階におけるエネルギー変化の総和によって決まる。相転移による熱の吸収は、分子間力や水素結合、イオン結合などによって束縛されていた粒子がエネルギーを得て、より自由に運動できるようになることにおもに起因する。化学反応においては、分子内の共有結合の組み替えや電子状態の変化に伴ってエネルギーが吸収される。

熱力学的な性質

熱力学において、系外から系内へ移動する熱量をQとした場合、吸熱反応はQ > 0（反応熱は負）と表される。定圧過程においては、熱の移動はエンタルピーの変化量であるΔHと等しいため、吸熱反応ではΔH > 0となる。断熱過程において吸熱反応が起こると、系の温度は低下する。

化学反応や物理変化が自発的に進行するかどうかは、ギブズエネルギーの変化（ΔG）によって決定される。定温定圧過程におけるギブズエネルギーの変化は次式で表される。

ΔG = ΔH - TΔS

吸熱反応（ΔH > 0）であっても、エントロピー変化ΔSが十分に大きく、温度Tが高い条件ではΔG < 0となり、自発的に進行することがある。そのため、多くの吸熱化学反応は高温に加熱することによって進行しやすくなる。

主な例

吸熱を伴う現象には、化学反応および物理変化の双方が存在する。

• 化学反応：多くの熱分解反応、植物の光合成など。
• 物理変化：氷の融解や水の蒸発などの相転移、一部の物質の水への溶解（尿素や糖アルコールなどの溶解に伴う冷却現象）。