Legge di Hess

Dichiarazione della Legge di Hess

La legge della somma del calore costante di Hess afferma che il cambiamento entalpico totale in una particolare reazione è costante indipendentemente dal fatto che avvenga in una fase o più.

Spiegazione della legge di Hess

Secondo la legge di Hess, se A reagisce per formare il prodotto B, non importa quanti passi siano coinvolti per ottenere il prodotto, il cambiamento entalpico totale sarà lo stesso. Quindi la reazione può avvenire in un solo passo dove la variazione entalpica è ΔH1. Se avviene in due passi, i cambiamenti entalpici di questi due passi sono ΔH2 e ΔH3. Se avviene in tre passi, i cambiamenti entalpici sono ΔH4 , ΔH5 e ΔH6.

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Quindi, secondo la legge,

ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 = ΔH4 + ΔH5 + ΔH6

Esempio

La formazione di anidride carbonica da carbonio e ossigeno può avvenire in una fase o in due fasi. In due fasi si può formare attraverso la produzione di monossido di carbonio.

In una fase,

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

In due fasi,

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

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

Questo è uguale all’equazione (i) e anche il cambiamento di calore corrisponde a quello. Quindi, ΔH1 = ΔH2+3.

Da Johannes Schneider (Own work) , via Wikimedia Commons

Quindi si dimostra che la legge di Hess è vera.

Applicazioni

Utilizzando la legge di Hess l’entalpia di una particolare reazione può essere calcolata. A volte è impossibile da misurare in qualsiasi altro modo.

Calcolo dell’entalpia di formazione

Il cambiamento di entalpia di formazione può essere calcolato se conosciamo l’entalpia di formazione dei reagenti e dei prodotti. Come per esempio, il gas etene e il gas cloruro di idrogeno reagiscono per formare gas cloroetano.

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

La variazione entalpica di formazione di questa reazione deve essere calcolata. Possiamo calcolarla conoscendo il calore di formazione del gas etene, del gas cloruro di idrogeno e del gas cloroetano dai suoi elementi.

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)

Quindi, aggiungendo (iii) e (iv), otteniamo

2C(s) + 2.5H2(g) + 2Cl2(g) → C2H4(g) + HCl(g) ΔHf1+f2 = -40.1 kJ/mol…………(vi)

Poi sottraendo (vi) da (v), otteniamo

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

L’equazione (ii) e (vii) sono uguali, quindi la variazione dell’entalpia di formazione del cloroetano dal gas etene e dal gas cloruro di idrogeno è -68.9 kJ/mol.

Calcolo dell’entalpia di formazione dall’entalpia di combustione

La variazione entalpica di formazione può essere calcolata se conosciamo l’entalpia di combustione dei reagenti e dei prodotti. Come per esempio, il carbonio solido e il gas idrogeno reagiscono per formare il gas metano.

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

La variazione entalpica di formazione di questa reazione deve essere calcolata. Possiamo calcolarla conoscendo il calore di combustione di carbonio, idrogeno e 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)

Quindi, facendo (ix) + , otteniamo

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

Poi sottraendo (xi) da (xii), otteniamo

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

L’equazione (viii) e (xiii) sono uguali, quindi la variazione entalpica di formazione del gas metano da carbonio e idrogeno è -74,8 kJ/mol.

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