Loi de Hess

L'hydrogène gazeux qui fuit des voitures électriques peut réagir avec la couche d'ozone dans l'atmosphère et produire de l'eau. Pour de telles réactions, il est difficile de mesurer directement le changement d'enthalpie en laboratoire. Cependant, cette réaction peut être réalisée en laboratoire en deux étapes pour mesurer l'enthalpie de chaque étape.

À l'étape 1, l'oxygène gazeux est converti en gaz d'ozone, et delta H_1 est égal à 285, 4 kilojoules. À l'étape 2, les gaz d'hydrogène et d'oxygène se combinent pour produire de la vapeur d'eau, et delta H_2 est égal à 483, 6 kilojoules. Comme l'enthalpie est une fonction d'état, la variation d'enthalpie d'une réaction ne dépend que de l'état initial du système, l'hydrogène et l'ozone, et l'état final, l'eau, indépendamment des étapes intermédiaires.

La Loi de Hess sur la sommation thermique constante indique que si une équation chimique peut être écrite en plusieurs étapes, alors le changement d'enthalpie net pour l'équation peut être écrit comme une somme des enthalpies associées à chaque étape. Souvent, les réactions thermochimiques doivent être manipulées afin de faire la somme des réactions à une réaction donnée. Les grandeurs stœchiométriques et la direction de la réaction peuvent être modifiées et une nouvelle enthalpie de chaque réaction manipulée peut être déterminée.

Dans cet exemple, les deux étapes avec des changements connus d'enthalpie ne peuvent pas être ajoutées directement pour trouver l'enthalpie inconnue de la réaction. C'est parce que la première équation a l'ozone comme produit, tandis que la réaction d'intérêt a l'ozone comme réactif. Pour tenir compte de cela, la première équation, une réaction endothermique, doit être convertie en réaction exothermique inverse où l'ozone se décompose en oxygène et libère 285, 4 kilojoules.

Le nouveau delta H a la même valeur mais le signe opposé. Pourtant, l'addition de l'inverse de l'étape 1 et de l'étape 2 ne donne pas les 3 moles d'eau comme dans la conversion de l'ozone en eau car les coefficients stœchiométriques sont différents. Pour tenir compte de cela, les coefficients stœchiométriques de chacune des réactions et leurs changements d'enthalpie associés doivent être multipliés par des facteurs qui permettent au coefficient de correspondre à la réaction d'intérêt ou de s'annuler.

Comme le changement d'enthalpie dépend des quantités de réactifs et de produits, le rapport entre les coefficients et le changement d'enthalpie reste constant. Pour obtenir 3 moles d'eau, l'étape 2 doit être multipliée par 3 sur 2 donnant un nouveau delta H_2 de 725, 4 kilojoules. Pour consommer 1 mole d'ozone, l'inverse de l'étape 1 doit être multiplié par 1 sur 2, donnant un nouveau delta H_1 de 142, 7 kilojoules.

En additionnant l'équation thermochimique modifiée et en annulant tous les composés qui apparaissent dans les réactifs et les produits, on obtient la réaction d'intérêt. Lorsque les nouveaux delta H 1 et 2 sont ajoutés, le changement d'enthalpie pour la réaction entre l'hydrogène et l'ozone est de 868, 1 kilojoules.