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La legge di Hess è stata enunciata dal chimico svizzero Hermain Hess ed evidenzia il fatto che l’entalpia è una funzione di stato. La dichiarazione di questa legge recita:
« Il cambiamento di entalpia (ΔH) di una reazione chimica in cui un insieme di reagenti viene convertito in prodotti è lo stesso indipendentemente dal fatto che il processo venga eseguito in un unico passaggio o in una serie di passaggi consecutivi ».
In altre parole, la variazione di entalpia di una reazione è indipendente dal percorso dai reagenti ai prodotti. Questa è una conseguenza del fatto che l’entalpia ( H , non ΔH) è una funzione di stato. Ciò significa che il suo valore dipende esclusivamente dallo stato attuale di un sistema e non da come il sistema vi è arrivato.
La Legge di Hess rappresenta una delle leggi fondamentali della termochimica e consente di stabilire una scala relativa di misura dell’entalpia di sostanze chimiche diverse da determinati stati di riferimento, che corrispondono a sostanze elementari nei loro stati più naturali e stabili in condizioni standard, come sarà essere visto in seguito.
Spiegazione della legge di Hess
Poiché ΔH è dato dalla differenza tra l’entalpia dei prodotti e quella dei reagenti, e ciascuna di queste entalpie dipenderà solo dallo stato in cui si trovano le rispettive sostanze chimiche; allora la differenza tra le due entalpie sarà anche indipendente da come viene effettuata la trasformazione.
Ci sono molte analogie che ci permettono di comprendere questo concetto in modo semplice. Un esempio sta guardando l’entalpia di una sostanza come saldo in un conto di risparmio. C’è un equilibrio (o un’entalpia) nei reagenti, prima che avvenga la reazione chimica, e ci sarà un equilibrio dopo che la reazione è avvenuta. La differenza tra i due saldi è indipendente dal numero di depositi o prelievi effettuati. Avresti potuto effettuare un singolo deposito, oppure avresti potuto effettuare più depositi e prelievi, ma una volta arrivati ai prodotti e ottenuto il saldo finale, sarà lo stesso indipendentemente da come ci sei arrivato. Poiché in tutti i casi partiamo dallo stesso stato iniziale, il cambio di equilibrio (ΔH) sarà sempre lo stesso.
Applicazioni della legge di Hess
L’applicazione più importante della legge di Hess è che ci consente di conoscere indirettamente le entalpie di reazione di praticamente qualsiasi reazione attraverso la combinazione di altre reazioni chimiche più semplici. Ci sono due esempi particolarmente importanti di questo:
Determinazione delle entalpie di reazione dalle entalpie di formazione
Tutte le sostanze pure in natura sono costituite da atomi di uno o più elementi chimici. Pertanto, possiamo sempre scrivere un’equazione per la reazione in cui una sostanza pura si forma dai suoi elementi nel loro stato naturale più stabile in condizioni standard di temperatura e pressione .
Questi tipi di reazioni chimiche sono chiamate reazioni di formazione. Alcuni esempi di reazioni di formazione sono:
- Reazione di formazione di acqua liquida:
- Reazione di formazione dell’ozono gassoso:
- Reazione di formazione dell’ossido ferrico:
A causa del modo in cui vengono definite le reazioni di formazione, ogni altra reazione chimica immaginabile può essere scritta come una combinazione di reazioni di formazione; alcuni vanno avanti e altri vanno al contrario. Grazie alla legge di Hess, possiamo dire che la variazione di entalpia per trasformare i reagenti di una reazione direttamente nei prodotti in un unico passaggio, è uguale all’entalpia di tutte queste reazioni di formazione, che è riassunta nella seguente equazione:
In questa equazione, ν rappresenta il coefficiente stechiometrico dell’equazione chimica bilanciata.
Ciclo di Born-Haber dell’energia reticolare
Il ciclo Born-Haber è un altro tipico esempio di applicazione della legge di Hess. In questo caso, le entalpie di processi come fusione, vaporizzazione, dissociazione del legame, nonché altri calori di reazione come entalpie di formazione, energie di ionizzazione e affinità elettroniche vengono utilizzate per determinare l’energia reticolare dei composti ionici. Ciò corrisponde all’entalpia del processo mediante il quale un solido ionico cristallino viene separato nei suoi ioni allo stato gassoso.
Grazie alla legge di Hess, possiamo determinare questa energia indirettamente, sfruttando il fatto che la variazione di entalpia della reazione diretta in un singolo stadio è uguale alla somma delle entalpie di qualsiasi altro insieme di reazioni che ha luogo dallo stesso stadio iniziale. stato allo stesso stato finale.
Riferimenti
Atkins, P. e dePaula, J. (2014). Chimica fisica di Atkins (rev. ed.). Oxford, Regno Unito: Oxford University Press.
Chang, R. (2008). Chimica fisica (3a ed.). New York, New York: McGraw Hill.
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS e Herranz, ZR (2020). Chimica (10a ed.). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
Suárez, T., Fontal, B., Meyes, M., Bellandi, F., Contreras, R., Romero, I. (2005). Principi di Termochimica. Estratto da http://www.saber.ula.ve/
