Hess'sches Gesetz

Aus Elektroautos entweichendes Wasserstoffgas kann mit der Ozonschicht in der Atmosphäre reagieren und Wasser produzieren. Bei Reaktionen wie dieser ist es schwierig, die Enthalpieänderung in einer Laborumgebung direkt zu messen. Diese Reaktion kann jedoch im Labor in zwei Schritten gemessen werden, wobei die Enthalpie jedes einzeln Schrittes gemessen wird.

In Schritt 1 wird Sauerstoffgas in Ozongas umgewandelt, und Delta H1 entspricht 285, 4 Kilojoule. In Schritt 2, reagieren Wasserstoff-und Sauerstoff, um Wasserdampf zu erzeugen, und delta H2 entspricht 483, 6 Kilojoule. Da die Enthalpie eine Zustandsfunktion ist, hängt die Enthalpieänderung einer Reaktion nur vom Ausgangszustand des Systems, Wasserstoffs und Ozons sowie von dem Endzustand Wasser ab, und ist von den Zwischenschritten unabhängig.

Das Hess'sche Gesetz der konstanten Wärmesummen besagt, dass wenn eine chemische Gleichung in mehreren Schritten beschrieben wird, dann kann die Netto-Enthalpieänderung für die Gleichung als Summe von Enthalpien geschrieben werden, die mit jedem Schritt verbunden sind. Häufig müssen thermochemische Reaktionen manipuliert werden, damit sich eine Summe einer gegebene Reaktion ergibt. Die stöchiometrischen Größen und die Richtung der Reaktion kann verändert werden und die neue Enthalpie der manipulierten Reaktion kann bestimmt werden.

In diesem Beispiel können die beiden Schritte mit bekannten Enthalpieänderungen nicht direkt hinzugefügt werden, um die unbekannte Enthalpie der Reaktion zu finden. Das liegt daran, dass die erste Gleichung Ozon als Produkt hat, während die für uns interessante Reaktion Ozon als Reaktant hat. Um das mit einzubeziehen, muss die erste Gleichung, eine endotherme Reaktion, in die umgekehrte exotherme Reaktion umgewandelt werden, wobei sich Ozon in Sauerstoff zersetzt und 285, 4 Kilojoule freisetzt.

Das neue Delta H hat den gleichen Wert, aber das entgegengesetzte Vorzeichen. Dennoch:Hinzufügen der Umkehrung von Schritt 1 und Schritt 2 ergibt nicht die 3 Mol Wasser wie bei der Umwandlung von Ozon in Wasser weil die stöchiometrischen Koeffizienten unterschiedlich sind. Um dem Rechnung zu tragen, müssen die stöchiometrischen Koeffizienten von jeder Reaktion und den damit verbundenen Enthalpieänderungen multipliziert werden durch Faktoren, die dem Koeffizienten ermöglichen, sich der Reaktion vom Interesse anzupassen oder auszusteigen.

Weil die Enthalpieänderung von den Mengen der Reaktanten und Produkten abhängt, das Verhältnis zwischen den Koeffizienten und die Enthalpieänderung bleibt konstant. Um 3 Mol Wasser zu erhalten, muss Schritt 2 mit 3 über 2 multipliziert werden, was ein neues Delta von H2 mit 725, 4 Kilojoule ergibt. Um 1 Mol Ozon zu verbrauchen, das Gegenteil von Schritt 1 muss mit 1 über 2 multipliziert werden, was ein neues Delta H1 von 142, 7 Kilojoule ergibt.

Summierung der modifizierten thermochemischen Gleichung und Annullierung aller Verbindungen, die in beiden Reaktanten und Produkten vorkommen, ergibt die Reaktion von Interesse. Wenn das neue Delta H1 und 2 hinzugefügt wird, beträgt die Enthalpieänderung für die Reaktion zwischen Wasserstoff und Ozon 868, 1 Kilojoule.