Back to chapter

6.10:

Hess Yasası

JoVE Core
Chemistry
This content is Free Access.
JoVE Core Chemistry
Hess’s Law

Languages

Share

Elektrikli arabalardan sızan hidrojen gazı, atmosferdeki ozon tabakası ile reaksiyona girerek su üretebilir. Bunun gibi reaksiyonlar için, entalpi değişimini laboratuvar ortamında doğrudan ölçmek zordur. Bununla birlikte, bu reaksiyon, her adımın entalpisini ölçmek için laboratuvarda iki adımda gerçekleştirilebilir.1.adımda, oksijen gazı ozon gazına dönüştürülür ve delta H_1 285, 4 kilojoule olarak hesaplanır.2. adımda, hidrojen ve oksijen gazları su buharı üretmek üzere birleşir ve delta H_2 483, 6 kilojoule’e eşittir. Entalpi bir durum işlevi olduğundan, bir reaksiyonun entalpi değişimi, ara aşamalardan bağımsız olarak, yalnızca sistemin başlangıç durumuna, hidrojen ve ozon ve son durumuna, suya bağlıdır.Hess’in tepkime ısılarının toplanabilirliği yasası, bir kimyasal denklem birden çok adımda yazılabiliyorsa, denklem için net entalpi değişiminin her adımla ilişkili entalpilerin toplamı olarak yazılabileceğini belirtir. Genellikle, reaksiyonların toplamını belirli bir reaksiyona dönüştürmek için termokimyasal reaksiyonların manipüle edilmesi gerekir. Stokiyometrik miktarlar ve reaksiyonun yönü değiştirilebilir ve her değiştirilmiş reaksiyonun yeni entalpisi belirlenebilir.Bu örnekte, bilinmeyen reaksiyon entalpisini bulmak için entalpide bilinen değişikliklere sahip iki adım doğrudan eklenemez. Bunun nedeni, ilk denklemin ürün olarak ozon olması, ilgilenilen reaksiyonun reaktanının ozon olmasıdır. Bunu hesaba katmak için, bir endotermik reaksiyon olan ilk denklem, ozonun oksijene ayrıştığı ve 285, 4 kilojoul enerji açığa çıkardığı ters ekzotermik reaksiyona dönüştürülmelidir.Yeni delta H aynı değere ancak ters işarete sahiptir. Yine de, adım 1 ve adım 2’nin tersini eklemek ozonun suya dönüşümünde olduğu gibi 3 mol su vermez çünkü stokiyometrik katsayılar farklıdır. Bunu hesaba katmak için, reaksiyonların her birinin stokiyometrik katsayıları ve bunlarla ilişkili entalpi değişiklikleri, katsayının ilgili reaksiyonla eşleşmesine veya yok etmesine izin veren faktörlerle çarpılmalıdır.Entalpi değişimi reaktanların ve ürünlerin miktarına bağlı olduğundan, katsayılar ile entalpi değişimi arasındaki oran sabit kalır. 3 mol su elde etmek için, adım 2, 3 bölü 2 ile çarpılır ve bu da 725.4 kilojoule’luk yeni bir H_2 delta değeri verir. 1 mol ozon tüketmek için, 1.adımın tersi, 1 bölü 2 ile çarpılarak 142, 7 kilojoule’luk yeni bir H_1 delta verir. Değiştirilmiş termokimyasal denklemin toplanması ve hem reaktanlarda hem de ürünlerde görünen tüm bileşiklerin iptal edilmesi, ilgilenilen reaksiyonu verir. Yeni delta H 1 ve 2 eklendiğinde, hidrojen ve ozon arasındaki reaksiyon için entalpi değişimi 868, 1 kilojoule olarak hesaplanır.

6.10:

Hess Yasası

Kimyasal bir değişime dahil olan ısı miktarını belirlemenin iki yolu vardır: deneysel olarak ölçmek veya deneysel olarak belirlenen diğer entalpi değişikliklerinden hesaplamak. Bazı reaksiyonları araştırmak ve deneysel olarak doğru ölçümler yapmak imkansız olmasa da zordur. Ve bir reaksiyonun gerçekleştirilmesi veya ölçülmesi zor olmasa bile, bir deney yapmak zorunda kalmadan bir reaksiyona dahil olan ısıyı belirleyebilmek pratiktir.

Bu tür bir hesaplama genellikle Hess yasasının kullanımını içerir ve şunu belirtir: Eğer bir süreç birkaç aşamalı sürecin toplamı olarak yazılabilirse, toplam sürecin entalpi değişimi, çeşitli adımların entalpi değişimlerinin toplamına eşittir. Hess yasası geçerlidir çünkü entalpi bir durum fonksiyonudur: Entalpi değişiklikleri yalnızca kimyasal bir sürecin başladığı ve bittiği yere bağlıdır, ancak baştan sona kadar gittiği yola bağlı değildir. Örneğin, karbon dioksit oluşturmak için karbonun oksijenle reaksiyonu ya doğrudan ya da iki aşamalı bir işlemle gerçekleşir. Doğrudan süreç şu şekilde yazılır:

Eq1

İki aşamalı süreçte ilk karbon monoksit oluşur:

Eq2

Daha sonra karbon monoksit, karbondioksit oluşturmak için daha fazla reaksiyona girer:

Eq3

Genel reaksiyonu tanımlayan denklem, bu iki kimyasal değişikliğin toplamıdır:

Eq4

Adım 1’de üretilen CO, Adım 2’de tüketildiği için net değişim:

Eq5

Hess yasasına göre, reaksiyonun entalpi değişimi, adımların entalpi değişimlerinin toplamına eşit olacaktır.

Eq6

Genel reaksiyonun ΔH‘si, bir veya iki aşamada meydana gelip gelmediğine bakılmaksızın aynıdır. Bu bulgu (reaksiyon için genel ΔH = genel reaksiyondaki reaksiyon “adımları” için ΔH değerlerinin toplamı) genel olarak kimyasal ve fiziksel prosesler için doğrudur.

Hess yasasını kullanarak problemleri çözerken faydalı olan ΔH‘nin iki önemli özelliği vardır. Bu, ΔH ‘nin reaktanların veya ürünlerin miktarlarıyla doğru orantılı olmasına ve reaksiyonun (veya termokimyasal denklemin) iyi tanımlanmış şekillerde değiştirilmesinin ΔH‘yi buna göre değiştirmesine dayanır.

Örneğin, 1 mol NO2 (g) oluşturan reaksiyon için entalpi değişimi +33,2 kJ’dir:

Eq7

2 mol NO2 oluştuğunda (iki kat daha fazla), ΔH iki kat daha büyüktür:

Eq8

Genel olarak, bir kimyasal denklemi çarpıyor veya bölüyorsa, entalpi değişiminin de çarpılması veya aynı sayıya bölünmesi gerekir.

Bir yöndeki bir reaksiyon için ΔH, büyüklük olarak eşittir ve ters yöndeki reaksiyon için ΔH‘nin işaretinin zıttıdır. Örneğin:

Eq9

Ardından, ters reaksiyon için, entalpi değişimi de tersine çevrilir:

Eq10

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.

Suggested Reading

  1. Davis, Thomas W. "A common misunderstanding of Hess' law." Journal of Chemical Education 28, no. 11 (1951): 584.
  2. Lee, A. L., H. L. Feldkirchner, F. C. Schora, and J. J. Henry. "Heat of Reaction of Hydrogen and Coal." Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development 7, no. 2 (1968): 244-249.