De wet van Hess

Waterstofgas dat uit elektrische auto's lekt, kan reageren met de ozonlaag in de atmosfeer en water produceren. Voor reacties als deze is het direct meten van de enthalpie-verandering in een laboratoriumomgeving moeilijk. Deze reactie kan echter in het laboratorium in twee stappen worden uitgevoerd om de enthalpie van elke stap te meten.

In stap 1 wordt zuurstofgas omgezet in ozongas en is delta H_1 gelijk aan 285, 4 kilojoule. In stap 2 worden waterstof-en zuurstofgassen gecombineerd om waterdamp te produceren, en delta H_2 is gelijk aan 483, 6 kilojoules. Omdat enthalpie een toestandsfunctie is, hangt de enthalpie-verandering van een reactie alleen af van de begintoestand van het systeem, waterstof en ozon, en de eindtoestand, water, ongeacht de tussenliggende stappen.

De wet van Hess van constante warmtesommatie stelt dat als een chemische vergelijking in meerdere stappen kan worden geschreven, de netto enthalpie-verandering voor de vergelijking kan worden geschreven als een som van enthalpieën die bij elke stap horen. Vaak moeten thermochemische reacties worden gemanipuleerd om de reacties op te laten tellen bij een bepaalde reactie. De stoichiometrische grootheden en de richting van de reactie kunnen worden veranderd en een nieuwe enthalpie van elke gemanipuleerde reactie kan worden bepaald.

In dit voorbeeld kunnen de twee stappen met bekende veranderingen in enthalpie niet direct worden opgeteld om de onbekende reactie-enthalpie te vinden. Dit komt doordat de eerste vergelijking ozon als product heeft, terwijl de betreffende reactie ozon als reactant heeft. Om hiermee rekening te houden, moet de eerste vergelijking, een endotherme reactie, worden omgezet in de omgekeerde exotherme reactie waarbij ozon uiteenvalt in zuurstof en 285, 4 kilojoules afgeeft.

De nieuwe delta H heeft dezelfde waarde maar het tegenovergestelde teken. Toch levert het omgekeerde van stap 1 en stap 2 niet de 3 mol water op zoals bij de omzetting van ozon in water, omdat de stoichiometrische coëfficiënten verschillend zijn. Om hiermee rekening te houden, moeten de stoichiometrische coëfficiënten van elk van de reacties en hun bijbehorende enthalpie-veranderingen worden vermenigvuldigd met factoren die het mogelijk maken dat de coëfficiënt overeenkomt met de reactie van interesse of teniet doet.

Omdat enthalpie-verandering afhangt van de hoeveelheid reactanten en producten, blijft de verhouding tussen de coëfficiënten en de enthalpie-verandering constant. Om 3 mol water te krijgen, moet stap 2 worden vermenigvuldigd met 3 gedeeld door 2, wat een nieuwe delta H_2 van 725, 4 kilojoule oplevert. Om 1 mol ozon te verbruiken, moet het omgekeerde van stap 1 worden vermenigvuldigd met 1 gedeeld door 2, wat een nieuwe delta H_1 oplevert van 142, 7 kilojoule.

Het optellen van de gemodificeerde thermochemische vergelijking en het annuleren van alle verbindingen die in zowel reactanten als producten voorkomen, levert de gewenste reactie op. Wanneer de nieuwe delta H 1 en 2 worden toegevoegd, is de enthalpie-verandering voor de reactie tussen waterstof en ozon 868, 1 kilojoule.