Ley de Hess

Enunciado de la Ley de Hess

La ley de Hess de la suma de calores constantes establece que el cambio total de entalpía en una reacción particular es constante independientemente de que ocurra en un paso o en más.

Explicación de la ley de Hess

Según la ley de Hess, si A reacciona para formar el producto B, no importa cuántos pasos intervengan para obtener el producto, el cambio de entalpía total será el mismo. Así que la reacción puede ocurrir en un solo paso donde el cambio de entalpía es ΔH1. Si se produce en dos pasos, los cambios de entalpía de estos dos pasos son ΔH2 y ΔH3. Si se realiza en tres pasos, los cambios de entalpía son ΔH4 , ΔH5 y ΔH6.

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Así, según la ley,

ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 = ΔH4 + ΔH5 + ΔH6

Ejemplo

La formación de dióxido de carbono a partir de carbono y oxígeno puede ocurrir en un paso o en dos pasos. En dos pasos puede formarse mediante la producción de monóxido de carbono.

En un paso,

C(s) + O2(g) → CO2 ΔH1 = -393 kJ/mol ……………..(i)

En dos pasos,

Paso 1: C(s) + 1/2O2(g) → CO ΔH2 = -111 kJ/mol

Paso 2: CO(g) + 1/2O2(g) → CO2 ΔH3 = -282 kJ/mol
_____________________________________
Cambio global: C(s) + O2(g) → CO2 ΔH2+3 = -393 kJ/mol = ΔH1

Esto es igual que la ecuación (i) y el cambio de calor también coincide con ella. Por lo tanto, ΔH1 = ΔH2+3.

Por Johannes Schneider (Own work) , vía Wikimedia Commons

Así se demuestra que la ley de Hess es cierta.

Aplicaciones

Usando la ley de Hess se puede calcular la entalpía de una reacción particular. A veces es imposible medirla de otra manera.

Cálculo de la entalpía de formación

El cambio de entalpía de formación se puede calcular si conocemos la entalpía de formación de los reactantes y productos. Como por ejemplo, el gas eteno y el gas cloruro de hidrógeno reaccionan para formar gas cloroetano.

C2H4(g) + HCl(g) → C2H5Cl(g) ΔHf = € kJ/mol ……………..(ii)

Es necesario calcular el cambio de entalpía de formación de esta reacción. Podemos calcularlo conociendo el calor de formación del gas eteno, del gas cloruro de hidrógeno y del gas cloroetano a partir de sus elementos.

2C(s) + 2H2(g) → C2H4(g) ΔHf1 = +52,2 kJ/mol……………….(iii)

1/2H2(g) + 1/2Cl2(g) → HCl(g) ΔHf2 = -92.3 kJ/mol…………(iv)

2C(s) + 2,5H2(g) + 1/2Cl2 → C2H5Cl(g) ΔHf3 = -109 kJ/mol………..(v)

Así, sumando (iii) y (iv), obtenemos

2C(s) + 2,5H2(g) + 2Cl2(g) → C2H4(g) + HCl(g) ΔHf1+f2 = -40.1 kJ/mol…………(vi)

Entonces restando (vi) de (v), obtenemos

C2H4(g) + HCl(g) → C2H5Cl(g) ΔHf = -68,9 kJ/mol ……………..(vii)

La ecuación (ii) y (vii) son iguales, por lo que el cambio de entalpía de formación del gas cloroetano a partir del gas eteno y del gas cloruro de hidrógeno es de -68.9 kJ/mol.

Cálculo de la entalpía de formación a partir de la entalpía de combustión

El cambio de entalpía de formación se puede calcular si conocemos la entalpía de combustión de los reactivos y productos. Como por ejemplo, el carbono sólido y el hidrógeno gaseoso reaccionan para formar gas metano.

C(s) + 2H2(g) → CH4(g) ΔH1 = € kJ/mol ……………..(viii)

Es necesario calcular el cambio de entalpía de formación de esta reacción. Podemos calcularlo conociendo el calor de combustión del carbono, el hidrógeno y el metano.

C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔHc1 = -393,7 kJ/mol……………….(ix)

H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) ΔHc2 = -285,7 kJ/mol…………(x)

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔHc3 = -890,3 kJ/mol………..(xi)

Entonces, haciendo (ix) + , obtenemos

C(s) + 2H2(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔH2 = -965.1 kJ/mol…………(xii)

Entonces restando (xi) de (xii), obtenemos

C(s) + 2H2(g) → CH4(g) ΔH1 = -74.8 kJ/mol…………(xiii)

La ecuación (viii) y (xiii) son iguales, por lo que el cambio de entalpía de formación del gas metano a partir de carbono e hidrógeno es de -74,8 kJ/mol.

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