IL legge di Hess fu proposto nel 1840 dal medico e chimico svizzero Germain Henri Hess. Durante il suo lavoro sull'energia sotto forma di calore in reazioni di neutralizzazione nel acidos e bases, ha concluso che la somma delle energie in questo tipo di reazione era sempre costante.
Gli studi dello scienziato svizzero hanno portato alla proposizione della seguente legge:
“La variazione di entalpia coinvolta in una reazione chimica, in determinate condizioni sperimentali, dipende esclusivamente dall'entalpia prodotti iniziali e finali, sia che la reazione sia condotta direttamente in un unico passaggio o sia condotta indirettamente in una serie di fasi".
In generale, il calcolo dell'?H di una reazione è indipendente dal numero di passaggi e dal tipo di reazione e si effettua con la seguente espressione:
?H = Hp-Hr
Quando non siamo in grado di calcolare l'?H di una specifica reazione chimica, possiamo determinarlo dalla somma degli ?Hs dei passaggi che compongono questa reazione:
?H = ?H1 + ?H2 + ?H3 + ...
Un esempio è la determinazione dell'energia coinvolta nella trasformazione del carbonio della grafite in carbonio del diamante (C(g) → C(d)). Per determinare l'?H di questo processo, abbiamo a nostra disposizione i seguenti passaggi:
Ç(g) + O2(g) → CO2(g) ?H = -94 Kcal
CO2(g) → C(d) + O2(g) ?H = +94,5 Kcal
Poiché ci sono composti che si ripetono (CO2 è il2) in entrambe le equazioni, ma in aree diverse (reagenti o prodotti), vengono eliminate. Quindi, basta aggiungere le ?H fornite, poiché entrambe le O2 quanto CO2 sono ai lati opposti dell'equazione:
?H = ?H1 + ?H2
?H = -94 + 94,5
?H = 0,5 Kcal
Fondamenti della legge di Hess
quando dobbiamo? calcolare la variazione di entalpia di una reazione dai suoi passi e dalle sue variazioni di entalpia, dobbiamo tenere presente che la reazione finale è chi detterà questo calcolo.
Tutti i passaggi forniti sono elaborati in modo tale da essere pienamente in accordo con la reazione finale. Ad esempio, se abbiamo una reazione finale:
Reazione complessiva: X + Y → Z
E l'esercizio prevede i seguenti passaggi:
Passaggio 1: X + D → W + E
Passaggio 2: Z + D → F + E
Passaggio 3: F → Y + W
È chiaro che i passaggi 2 e 3 non obbediscono alla reazione finale, poiché in 2, A è nel reagente e in 3, Y è nel prodotto. In questo caso, questi passaggi necessitano di "trattamento" per conformarsi alla reazione finale o globale. Capire cos'è questo "trattamento":
Possibilità di lavorare con le fasi di una reazione nella legge di Hess
a) Invertire l'intera equazione
Un'equazione può essere invertita (i reagenti diventano prodotti e i prodotti diventano reagenti) per abbinare la posizione dei partecipanti. In questo caso il valore di ?H avrà il segno invertito.
Nell'esempio seguente, è evidente che i passaggi 2 e 3 devono essere invertiti:
Reazione complessiva: X + Y → Z
Passaggio 1: X + D → W + E
Passaggio 2: Z + D → F + E
Passaggio 3: F → Y + W
b) Moltiplicare l'equazione
Un'equazione può essere moltiplicata per qualsiasi valore numerico per eguagliare il numero dei partecipanti. In tal caso, il valore di ?H deve essere moltiplicato.
Nell'esempio seguente, è evidente che il passo 2 deve essere moltiplicato per 2 per eguagliare il numero di partecipanti B e C in relazione all'equazione globale.
Reazione complessiva: A + 2B → 2C
Passaggio 1: A + 2D → 2Z
Passaggio 2: Z + B → C + D
c) Dividi l'intera equazione
Un'equazione può essere divisa per qualsiasi valore numerico per eguagliare il numero dei partecipanti. In questo caso è necessario dividere anche il valore di ?H.
Nell'esempio seguente, è evidente che il passo 2 deve essere diviso per 2 per eguagliare il numero di partecipanti F e C in relazione all'equazione globale.
Reazione complessiva: W + F → 2C
Passaggio 1: W + 2D → 2Z
Passaggio 2: 4Z + 2F → 4C + 4D
Esempio di applicazione della legge di Hess
Esempio: La reazione di combustione completa (formazione di anidride carbonica e acqua) del gas butano è data dalla seguente equazione:
Ç4H10(g) + 13/2O2(g) → 4CO2(g) + 5 ore2oh(g)
Sapendo che butano, C4H10, è il gas presente in maggior quantità nel gas di cottura (GPL), determinare il valore della sua entalpia, con riferimento ai seguenti dati per le entalpie standard di formazione di ciascuno dei suoi componenti:
Ç(S) + 5h2(g) → 1C4H10(g) ?H = -125 Kcal
Ç(S) + O2(g) → CO2(g) ?H = -394 Kcal
H2(g) + 1/2O2(g) → H2oh(g) ?H = -242 Kcal
Risoluzione:
1oh Passo: Il passaggio 1 deve essere invertito perché, secondo l'equazione globale, la sostanza deve essere reagente, non prodotto. Con questo si inverte anche il segno del valore di ?H:
1C4H10(g) → 4C(S) + 5h2(g) ?H = + 125 Kcal
2oh Passo: Il passaggio 2 deve essere mantenuto, ma dovrà essere moltiplicato per quattro, perché, secondo l'equazione globale, deve contenere 4 moli di CO2. Pertanto, anche il valore di ?H deve essere moltiplicato per 4:
(4x) Ç(S) + O2(g) → CO2(g) ?H = -394 Kcal
presto:
4C(S) + 4 O2(g) → 4 CO2(g) ?H = -1576 Kcal
3oh Passo: Il passaggio 3 deve essere mantenuto, ma dovrà essere moltiplicato per cinque, perché, secondo l'equazione globale, deve avere 5 moli di H2O. Pertanto, anche il valore di ?H deve essere moltiplicato per 5:
(5x) H2(g) + 1/2O2(g) → H2oh(g) ?H = -242 Kcal
presto:
5 ore2(g) + 5/2O2(g) → 5h2oh(g ?H = -1210 Kcal
4oh Passo: Eseguire le eliminazioni:
Passo 1: 1C4H10(g) → 4C(S) + 5h2(g) ?H = + 125 Kcal
Passo 2: 4C(S) + 4 O2(g) → 4 CO2(g) ?H = -1576 Kcal
Passaggio 3: 5 ore2(g) + 5/2O2(g) → 5h2oh(g ?H = -1210 Kcal
5 ore fa2 nel prodotto della fase 1 e nel reagente della fase 3, quindi, vengono eliminate;
C'è 4 C nel prodotto del passaggio 1 e nel reagente del passaggio 2, quindi vengono eliminati.
Pertanto, i passaggi rimangono i seguenti:
Passo 1: 1C4H10(g) → ?H = + 125 Kcal
Passo 2: + 4 O2(g) → 4 CO2(g) ?H = -1576 Kcal
Passaggio 3: + 5/2O2(g) → 5h2oh(g ?H = -1210 Kcal
Aggiungendo i passaggi dopo le eliminazioni, troviamo che sono in linea con la reazione complessiva.
Ç4H10(g) + 13/2O2(g) → 4CO2(g) + 5 ore2oh(g)
5oh Passo: Aggiungi i valori di ?ore dei passaggi per determinare il ?H della reazione globale.
?H = ?H1 + ?H2 + ?H3
?A = 125 + (-1576) + (-1210)
?A = 125 – 1576 – 1210
?A = 125 - 2786
?H = - 661 Kcal
Di Me. Diogo Lopes Dias
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-lei-hess.htm