Prawo Hessa

Istnieją dwa sposoby określenia ilości ciepła zaangażowanego w zmianę chemiczną: zmierz ją doświadczalnie lub oblicz na podstawie innych eksperymentalnie określonych zmian entalpii. Niektóre reakcje są trudne, jeśli nie niemożliwe, do zbadania i wykonania dokładnych pomiarów eksperymentalnie. A nawet jeśli reakcja nie jest trudna do przeprowadzenia lub zmierzenia, wygodnie jest móc określić ciepło zaangażowane w reakcję bez konieczności przeprowadzania eksperymentu.

Ten rodzaj obliczeń zwykle wiąże się z użyciem prawa Hessa, które mówi: Jeśli proces można zapisać jako sumę kilku procesów krokowych, zmiana entalpii całego procesu jest równa sumie zmian entalpii różnych kroków. Prawo Hessa jest ważne, ponieważ entalpia jest funkcją stanu: zmiany entalpii zależą tylko od tego, gdzie zaczyna się i kończy proces chemiczny, ale nie od drogi, którą pokonuje od początku do końca. Na przykład reakcja węgla z tlenem w celu wytworzenia dwutlenku węgla zachodzi bezpośrednio lub w procesie dwuetapowym. Proces bezpośredni jest zapisany jako:

W dwuetapowym procesie powstaje pierwszy tlenek węgla:

Następnie tlenek węgla reaguje dalej, tworząc dwutlenek węgla:

Równanie opisujące całą reakcję jest sumą tych dwóch zmian chemicznych

Ponieważ CO wytworzony w kroku 1 jest zużywany w kroku 2, zmiana netto wynosi:

Zgodnie z prawem Hessa zmiana entalpii reakcji będzie równa sumie zmian entalpii kroków.

ΔH całej reakcji jest taka sama, niezależnie od tego, czy zachodzi w jednym etapie, czy w dwóch. To stwierdzenie (całkowite ΔH dla reakcji = suma wartości ΔH dla “etapów” reakcji w całej reakcji) jest ogólnie prawdziwe dla procesów chemicznych i fizycznych.

Istnieją dwie ważne cechy ΔH, które okazują się przydatne podczas rozwiązywania problemów z wykorzystaniem prawa Hessa. Opiera się to na fakcie, że ΔH jest wprost proporcjonalne do ilości reagentów lub produktów, a zmiana reakcji (lub równania termochemicznego) w dobrze zdefiniowany sposób odpowiednio zmienia ΔH.

Na przykład zmiana entalpii dla reakcji powstającej 1 mol NO₂ (g) wynosi +33,2 kJ:

Kiedy powstają 2 mole NO₂ (dwa razy więcej), ΔH jest dwa razy większy:

Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku mnożenia lub dzielenia równania chemicznego, zmiana entalpii powinna być również pomnożona lub podzielona przez tę samą liczbę.

ΔH dla reakcji w jednym kierunku jest równa wielkości i przeciwna pod względem znaku do ΔH dla reakcji w odwrotnym kierunku. Na przykład:

Następnie, dla reakcji odwrotnej, zmiana entalpii jest również odwrócona:

Ten tekst jest adaptacją z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 5.3: Entalpia.