Ley de Hess

Las fugas de gas hidrógeno de coches eléctricos pueden reaccionar con la capa de ozono en la atmósfera y producir agua. Para reacciones como esta, la medición directa del cambio de entalpía en un entorno de laboratorio es difícil. Sin embargo, esta reacción se puede realizar en el laboratorio en dos pasos para medir la entalpía de cada paso.

En el paso 1, el gas oxígeno se convierte en gas ozono, y delta H_1 es igual a 285, 4 kilojulios. En el paso 2, los gases de hidrógeno y oxígeno se combinan para producir vapor de agua y delta H_2 es igual a 483, 6 kilojulios. Como la entalpía es una función de estado, el cambio de esta en una reacción depende solo del estado inicial del sistema, hidrógeno y ozono, y el estado final, agua, independientemente de los pasos intermedios.

La Ley de Hess de la suma de calor constante establece que si una ecuación química puede escribirse en varios pasos, entonces el cambio de la entalpía neta de la ecuación se puede escribir como una suma de entalpías asociadas con cada paso. A menudo, las reacciones termoquímicas deben ser manipuladas para hacer que las reacciones se sumen a una reacción dada. Las cantidades estequiométricas y la dirección de la reacción se pueden cambiar y se puede determinar una nueva entalpía una nueva entalpía de cada reacción manipulada.

En este ejemplo, los dos pasos con cambios conocidos en la entalpía no se puede agregar directamente para encontrar la entalpía de reacción desconocida. Esto se debe a que la primera ecuación tiene ozono como producto, mientras que la reacción de interés tiene ozono como reactivo. Para dar cuenta de esto, la primera ecuación, una reacción endotérmica, debe convertirse en la reacción exotérmica inversa donde el ozono se descompone en oxígeno y libera 285, 4 kilojulios.

El nuevo delta H tiene el mismo valor, pero el signo opuesto. Aún así, agregando lo contrario del paso 1 y el paso 2 no rinde los 3 moles de agua como en la conversión de ozono en agua porque los coeficientes estequiométricos son diferentes. Para dar cuenta de esto, los coeficientes estequiométricos de cada una de las reacciones y sus cambios de entalpía asociados deben multiplicarse por factores que permitan que el coeficiente coincida con la reacción de interés o la cancele.

Debido a que el cambio de entalpía depende de la cantidad de reactivos y productos, la relación entre los coeficientes y el cambio de entalpía permanece constante. Para obtener 3 moles de agua, el paso 2 debe multiplicarse por 3 sobre 2 dando un nuevo delta H_2 de 725, 4 kilojulios. Para consumir 1 mol de ozono, al revés del paso 1, debe multiplicarse por 1 sobre 2, dando un nuevo delta H_1 de 142, 7 kilojulios.

Si se suma la ecuación termoquímica modificada y se cancelan todos los compuestos que aparecen en ambos reactivos y productos, se produce la reacción de interés. Cuando se agregan los nuevos delta H 1 y 2, el cambio de entalpía para la reacción entre el hidrógeno y el ozono es 868, 1 kilojulios.