II.6.1. Legea lui Hess.

În 1840, chimistul rus originar din Elveția, Germain Hess, arăta: „căldura de reacţie la presiune constantă este întotdeauna aceeaşi, indiferent de etapele prin care trece reacţia”.

Hess a descoperit experimental această lege, înainte ca primul principiu al termodinamicii să fie formulat. Legea lui Hess este o consecinţă a primului principiu al termodinamicii, ea rezultând din ecuaţia generală a acestuia. Această lege este o piatră de temelie pentru explicația termochimiei.

Legea lui Hess se bazează pe legea conservării energiei, care se referă la faptul că energia nu poate fi creată sau distrusă, ci doar transformată.

Enunțul legii lui Hess (legea aditivității căldurilor de reacție):

Căldura degajată sau absorbită într-o reacţie chimică este constantă și depinde numai de natura şi de starea substanţelor iniţiale (reactanţi) şi finale (produşi), indiferent de cale urmată de reacție.

Variația totală a entalpiei unei reacții nu depinde de calea care duce la această variație, ci depinde numai de starea sa inițială și finală.

Dacă o reacție are loc în mai multe etape, suma algebrică a căldurilor de reacție este egală cu căldura totală a reacției.

Aplicarea legii lui Hess

Considerăm reactantul R care se transformă în produsul P în reacția globală. Acest reactant poate ajunge la produsul P și în mai multe etape : R → R₁ → R₂ → P, după următoarea schemă:

Constatăm că ecuația reacției globale (R→ P) se obține prin însumarea ecuațiilor reacțiilor intermediare. Prin urmare, efectul termic global (ΔH) se obține prin însumarea efectelor termice ale etapelor intermediare.

ΔH = ΔH₁ + ΔH₂ + ΔH₃

Deci, asupra ecuațiilor termochimice se pot efectua aceleași operații ca și asupra ecuațiilor algebrice (aduna, scădea, amplifica cu anumite numere, termenii se pot trece dintr-un membru în altul al ecuației cu semn schimbat).

Legea lui Hess permite calculul entalpiilor de formare pentru compuși ce nu pot fi obținuți direct din elementele componente sau a căldurilor de reacție ce au loc în condiții dificile și care nu se pot măsura practic.

🔓 Probleme rezolvate

1. Știind variația entalpiei reacției de ardere a sulfului de –297 kJ/mol și a celei de ardere a dioxidului de sulf de –98,2 kJ/mol, află entalpia de formare a trioxidului de sulf.

Rezolvare:

Scriem ecuațiile celor două reacții de ardere și reacția globală de obținere a trioxidului de sulf, adunând membru cu membru cele două ecuații (reactanți cu reactanți și produși cu produși) și obținem:

Aplicăm legea lui Hess :

ΔH_f⁰ = ΔH = ΔH₁ + ΔH₂ = –297 kJ/mol + (–98,2 kJ/mol) = –395,2 kJ/mol

2. Se dă ecuația de oxidare a amoniacului:

4NH₃ (g) + 3O₂ (g) → 2N₂ + 6H₂O (g) ; ΔH = ?

Calculează variația de entalpie (ΔH) în reacția de oxidare a amoniacului, utilizând următoarele ecuații termochimice :

Rezolvare:

Pentru a ajunge la reacția de oxidare a amoniacului trebuie înmulțite cele două ecuații cu anumiți coeficienți. Termenii cu coeficienți negativi îi mutăm în partea opusă a ecuației.

Adunăm cele două ecuații membru cu membru pentru a obține ecuația globală și apoi simplificăm termenii asemenea.