Ley de Hess: que es, fundamentos y ejercicios

La ley de Hess nos permite calcular la variación de entalpía, que es la cantidad de energía presente en las sustancias después de sufrir reacciones químicas. Esto se debe a que no es posible medir la entalpía en sí, sino su variación.

La Ley de Hess es la base del estudio de la termoquímica.

Esta Ley fue desarrollada experimentalmente por Germain Henry Hess, quien estableció:

El cambio de entalpía (ΔH) en una reacción química depende solo de los estados inicial y final de la reacción, independientemente del número de reacciones.

¿Cómo se puede calcular la ley de Hess?

El cambio de entalpía se puede calcular restando la entalpía inicial (antes de la reacción) de la entalpía final (después de la reacción):

ΔH = H_F - H_I

Otra forma de calcularlo es mediante la suma de las entalpías en cada una de las reacciones intermedias. Independientemente del número y tipo de reacciones.

ΔH = ΔH₁ + ΔH₂

Dado que este cálculo solo considera los valores inicial y final, se concluye que la energía intermedia no influye en el resultado de su variación.

Este es un caso particular de Principio de conservación de energía, a Primera ley de la termodinámica.

También debe saber que la ley de Hess se puede calcular como una ecuación matemática. Para hacer esto, puede realizar las siguientes acciones:

• Invierta la reacción química, en cuyo caso el signo ΔH también debe invertirse;
• Multiplica la ecuación, el valor de ΔH también debe multiplicarse;
• Divida la ecuación, el valor de ΔH también debe dividirse.

conocer más sobre entalpía.

Diagrama de entalpía

La ley de Hess también se puede visualizar a través de diagramas de energía:

El diagrama de arriba muestra los niveles de entalpía. En este caso, las reacciones sufridas son endotérmicas, es decir, hay absorción de energía.

ΔH₁ es el cambio de entalpía que ocurre de A a B. Suponga que es 122 kj.
ΔH₂ es el cambio de entalpía que ocurre de B a C. Suponga que es de 224 kj.
ΔH₃ es el cambio de entalpía que ocurre de A a C.

Entonces, nos importa saber el valor de ΔH_3, ya que corresponde al cambio de entalpía de la reacción de A a C.

Podemos encontrar el valor de ΔH₃, de la suma de la entalpía en cada una de las reacciones:

ΔH₃ = ΔH₁ + ΔH₂
ΔH₃ = 122 kj + 224 kj
ΔH₃ = 346 kj

O ΔH = H_F - H_I
ΔH = 346 kj - 122 kj
ΔH = 224 kj

Examen de ingreso: resuelto paso a paso

1. (Fuvest-SP) Basado en variaciones de entalpía asociadas con las siguientes reacciones:

norte_{2 (g)} + 2 O_{2 (g)} → 2 NO_{2 (g)} ∆H1 = +67,6 kJ
norte_{2 (g)} + 2 O_{2 (g)} → N₂O_{4 (g)} ∆H2 = +9,6 kJ

Se puede predecir que la variación de entalpía asociada con la reacción de dimerización de NO₂ será igual a:

2 N_{O2 (g)} → 1 N₂O_{4 (g)}

a) -58.0 kJ b) +58.0 kJ c) -77.2 kJ d) +77.2 kJ e) +648 kJ

Resolución:

Paso 1: invierte la primera ecuación. Eso es porque NO_{2 (g)} necesita moverse hacia el lado de los reactivos, de acuerdo con la ecuación global. Recuerde que al invertir la reacción, ∆H1 también invierte el signo, cambiándolo a negativo.

Se conserva la segunda ecuación.

2 NO_{2 (g)} → N_{2 (g)} + 2 O_{2 (g)} ∆H1 = - 67,6 kJ
norte_{2 (g)} + 2 O_{2 (g)} → N₂O_{4 (g)} ∆H2 = +9,6 kJ

Paso 2: tenga en cuenta que N_{2 (g)} aparece en productos y reactivos y lo mismo ocurre con 2 mol de O_{2 (g).}

2 NO_{2 (g)} → norte_{2 (g)}+ 2 O_{2 (g)}∆H1 = - 67,6 kJ
norte_{2 (g)} + 2 O_{2 (g)} → N₂O_{4 (g)} ∆H2 = +9,6 kJ

Por lo tanto, se pueden cancelar dando como resultado la siguiente ecuación:

2 NO_{2 (g)} → N₂O_{4 (g)}.

Paso 3: Puede ver que hemos llegado a la ecuación global. Ahora debemos sumar las ecuaciones.

∆H = ∆H1 + ∆H2
∆H = - 67,6 kJ + 9,6 kJ
∆H = -58 kJ ⇒ Alternativa A
Por el valor negativo de ∆H también sabemos que es una reacción exotérmica, con liberación de calor.

Obtenga más información, lea también:

• termoquímica
• Ejercicios de termoquímica
• Reacciones endotérmicas y exotérmicas
• Segunda ley de la termodinámica

Ejercicios

1. (UDESC-2012) El gas metano se puede utilizar como combustible, como se muestra en la ecuación 1:

CH_{4 (g)} + 2O_{2 (g)} → CO_{2 (g)} + 2H₂O_(gramo)

Utilizando las siguientes ecuaciones termoquímicas, que considere necesarias, y los conceptos de la ley de Hess, obtenga el valor de entalpía de la ecuación 1.

C_(s) + H₂O_(gramo) → CO_(gramo) + H_{2 (g)} ΔH = 131,3 kJ mol^-1
CO_(gramo) + ½ el_{2 (g)} → CO_{2 (g)} ΔH = - 283,0 kJ mol^-1
H_{2 (g)} + ½ el_{2 (g)} → H₂O_(gramo) ΔH = - 241,8 kJ mol^-1
C_(s) + 2H_{2 (g)} → CH_{4 (g)} ΔH = - 74,8 kJ mol^-1

El valor de entalpía de la ecuación 1, en kJ, es:

a) - 704,6
b) - 725,4
c) - 802.3
d) - 524,8
e) - 110,5

Ver respuesta

c) - 802.3

2. (UNEMAT-2009) La Ley de Hess es de fundamental importancia en el estudio de la Termoquímica y se puede afirmar como "la variación de entalpía en una reacción química depende sólo de los estados inicial y final de la reacción". Una de las consecuencias de la ley de Hess es que las ecuaciones termoquímicas pueden tratarse algebraicamente.

Dadas las ecuaciones:

C _(grafito) + O_{2 (g)} → CO_{2 (g)} ΔH₁ = -393,3 kj
C _(Diamante) + O_{2 (g)} → CO_{2 (g)} ΔH₂ = -395,2 kj

Con base en la información anterior, calcule el cambio de entalpía del carbono del grafito al carbono del diamante y marque la alternativa correcta.

a) -788,5 kj
b) +1,9 kj
c) +788,5 kj
d) -1,9 kj
e) +98,1 kj

Ver respuesta

b) +1,9 kj