Introduction à la chimie

Termes

• La loi de HessDit que, si une réaction globale se déroule en plusieurs étapes, son enthalpie standard de réaction est la somme des enthalpies standard des réactions intermédiaires, à la même température.
• La loi de la conservation de l’énergieDit que la quantité totale d’énergie dans tout système isolé reste constante ; l’énergie ne peut pas être créée ou détruite, bien qu’elle puisse changer de forme.

Dérivation de la loi de Hess

La loi de Hess est une relation en physico-chimie nommée d’après Germain Hess, chimiste et médecin russe d’origine suisse. Cette loi stipule que si une réaction se déroule en plusieurs étapes, alors l’enthalpie standard de la réaction globale est égale à la somme des enthalpies standard des étapes intermédiaires de la réaction, en supposant que chaque étape se déroule à la même température.

La loi de Hess découle directement de la loi de conservation de l’énergie, ainsi que de son expression dans la première loi de la thermodynamique. L’enthalpie étant une fonction d’état, le changement d’enthalpie entre les produits et les réactifs dans un système chimique est indépendant du chemin emprunté de l’état initial à l’état final du système. La loi de Hess peut être utilisée pour déterminer l’énergie globale requise pour une réaction chimique, en particulier lorsque la réaction peut être divisée en plusieurs étapes intermédiaires qui sont individuellement plus faciles à caractériser. Un changement d’enthalpie négatif pour une réaction indique un processus exothermique, tandis qu’un changement d’enthalpie positif correspond à un processus endothermique.

Calcul des enthalpies standard de réaction à l’aide de la loi de Hess

C(s)\{{graphite}\}rightarrow C(s)\{{diamond}\}\}\quad \Delta H_{rxn}= ?

La transformation du graphite en diamant nécessite des températures et des pressions extrêmement élevées, et n’est donc pas réalisable en laboratoire. Le changement d’enthalpie pour cette réaction ne peut pas être déterminé expérimentalement. Cependant, comme nous connaissons le changement d’enthalpie standard pour l’oxydation pour ces deux substances, il est possible de calculer le changement d’enthalpie pour cette réaction en utilisant la loi de Hess. Nos étapes intermédiaires sont les suivantes :

C(s)\{graphite\}+O_2(g)\dans la suite CO_2(g)\quad\quad \Delta H^\circ=-393.41\;kJ/mol

C(s)\{diamond\}+O_2(g)\rightarrow CO_2(g)\quad\quad \Delta H^\circ=-395.40\;kJ/mol

Pour que ces réactions intermédiaires s’ajoutent à notre réaction globale nette, nous devons inverser la deuxième étape. Gardez à l’esprit que lorsque vous inversez des réactions en utilisant la loi de Hess, le signe de ΔH changera. Parfois, vous aurez besoin de multiplier une réaction intermédiaire donnée par un nombre entier. Dans ce cas, vous devez toujours multiplier votre valeur ΔH par ce même nombre entier. En reformulant la première équation et en inversant la deuxième équation, on obtient :

C(s)\{graphite\}+O_2(g)\rightarrow CO_2(g)\quad\quad \Delta H^\circ=-393.41\;kJ/mol

CO_2(g)\rightarrow C(s)\{diamond\}+O_2(g)\quad\quad\\Delta H^\circ=+395.40\;kJ/mol

En additionnant ces équations, les dioxydes de carbone et les oxygènes s’annulent, ce qui ne nous laisse que notre équation nette. Par la loi de Hess, nous pouvons additionner les valeurs ΔH de ces réactions intermédiaires pour obtenir notre valeur finale, \Delta H^\circ_{rxn}.

C(s)\{graphite\}\rightarrow C(s)\{diamond\}\quad\quad \Delta H^\circ_{rxn}=1.89\;kJ/mol

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