Tabla de Contenidos
Законът на Хес е формулиран от швейцарския химик Хермен Хес и подчертава факта, че енталпията е държавна функция. Текстът на този закон гласи:
« Промяната на енталпията (ΔH) на химическа реакция, при която набор от реагенти се превръщат в продукти, е една и съща, независимо дали процесът се извършва в една стъпка или в серия от последователни стъпки ».
Казано по друг начин, промяната на енталпията на реакция е независима от пътя от реагентите до продуктите. Това е следствие от факта, че енталпията ( H , а не ΔH) е функция на състоянието. Това означава, че неговата стойност зависи единствено от текущото състояние на системата, а не от това как системата е стигнала до нея.
Законът на Хес представлява един от основните закони на термохимията и позволява установяването на относителна скала за измерване на енталпията на различни химични вещества от определени референтни състояния, които съответстват на елементарни вещества в техните най-естествени състояния. стабилни при стандартни условия, както ще да се види по-късно.
Обяснение на закона на Хес
Тъй като ΔH се дава от разликата между енталпията на продуктите и тази на реагентите и всяка от тези енталпии ще зависи само от състоянието, в което се намират съответните химични вещества; тогава разликата между двете енталпии също ще бъде независима от това как се извършва трансформацията.
Има много аналогии, които ни позволяват да разберем тази концепция по прост начин. Пример е разглеждането на енталпията на дадено вещество като баланс в спестовна сметка. Има баланс (или енталпия) в реагентите преди протичането на химическата реакция и ще има баланс след протичането на реакцията. Разликата между двата баланса не зависи от това колко депозита или тегления са направени. Може да сте направили един депозит или да сте направили няколко депозита и тегления, но след като стигнете до продуктите и получите крайния баланс, той ще бъде същият, без значение как сте стигнали до там. Тъй като във всички случаи започваме от едно и също начално състояние, промяната на баланса (ΔH) винаги ще бъде една и съща.
Приложения на закона на Хес
Най-важното приложение на закона на Хес е, че ни позволява да знаем реакционните енталпии на практически всяка реакция косвено чрез комбинация от други, по- прости химични реакции. Има два особено важни примера за това:
Определяне на енталпиите на реакцията от енталпиите на образуване
Всички чисти вещества в природата са изградени от атоми на един или повече химични елементи. Следователно винаги можем да напишем уравнение за реакцията, при която чисто вещество се образува от неговите елементи в тяхното най-стабилно естествено състояние при стандартни условия на температура и налягане .
Тези видове химични реакции се наричат реакции на образуване. Някои примери за реакции на образуване са:
- Реакция на образуване на течна вода:
- Реакция на образуване на газообразен озон:
- Реакция на образуване на железен оксид:
Поради начина, по който се дефинират реакциите на образуване, всяка друга възможна химическа реакция може да бъде написана като комбинация от реакции на образуване; едни вървят напред, а други назад. Благодарение на закона на Хес можем да кажем, че промяната на енталпията за трансформиране на реагентите от реакцията директно в продуктите в една стъпка е равна на енталпията на всички тези реакции на образуване, която е обобщена в следното уравнение:
В това уравнение ν представлява стехиометричния коефициент на балансираното химично уравнение.
Цикъл на Борн-Хабер на енергията на решетката
Цикълът на Борн-Хабер е друг типичен пример за приложението на закона на Хес. В този случай енталпиите на процеси като синтез, изпаряване, дисоциация на връзката, както и други реакционни топлина като енталпии на образуване, енергии на йонизация и афинитет към електрони се използват за определяне на енергията на решетката на съединенията. Това съответства на енталпията на процеса, чрез който кристално йонно твърдо вещество се разделя на своите йони в газообразно състояние.
Благодарение на закона на Хес, можем да определим тази енергия индиректно, като използваме факта, че промяната на енталпията на директната реакция в един етап е равна на сумата от енталпиите на всеки друг набор от реакции, които протичат от същия етап. състояние до същото крайно състояние.
Препратки
Atkins, P., & dePaula, J. (2014). Физикохимия на Аткинс (рев. изд.). Оксфорд, Обединено кралство: Oxford University Press.
Чанг, Р. (2008). Физическа химия (3-то издание). Ню Йорк, Ню Йорк: McGraw Hill.
Чанг, Р., Манзо, А. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Химия (10-то издание). Ню Йорк, Ню Йорк: MCGRAW-HILL.
Суарес, Т., Фонтал, Б., Мейс, М., Беланди, Ф., Контрерас, Р., Ромеро, И. (2005). Принципи на термохимията. Взето от http://www.saber.ula.ve/
