Introduzione alla chimica
Obiettivo di apprendimento
- Utilizzare la legge di Hess per determinare ΔH∘rxn
Punti chiave
- La legge di Hess afferma che l’entalpia standard di reazione è la somma delle entalpie standard delle reazioni intermedie in cui la reazione globale può essere divisa, mentre ciascuna si verifica alla stessa temperatura.
- La variazione di entalpia per una reazione è indipendente dal numero di modi in cui un prodotto può essere ottenuto, se le condizioni iniziali e finali sono le stesse.
- La variazione entalpica negativa di una reazione indica un processo esotermico, mentre la variazione entalpica positiva corrisponde a un processo endotermico.
Termini
- La legge di Hess afferma che, se una reazione globale avviene in più fasi, la sua entalpia standard di reazione è la somma delle entalpie standard delle reazioni intermedie, alla stessa temperatura.
- la legge della conservazione dell’energiaAfferma che la quantità totale di energia in qualsiasi sistema isolato rimane costante; l’energia non può essere creata o distrutta, anche se può cambiare forma.
Derivazione della legge di Hess
La legge di Hess è una relazione nella chimica fisica che prende il nome da Germain Hess, un chimico e medico russo di origine svizzera. Questa legge afferma che se una reazione avviene in diversi passi, allora l’entalpia di reazione standard per la reazione complessiva è uguale alla somma delle entalpie standard dei passi di reazione intermedi, assumendo che ogni passo abbia luogo alla stessa temperatura.
La legge di Hess deriva direttamente dalla legge di conservazione dell’energia, così come la sua espressione nella prima legge della termodinamica. Poiché l’entalpia è una funzione di stato, il cambiamento di entalpia tra prodotti e reagenti in un sistema chimico è indipendente dal percorso intrapreso dallo stato iniziale a quello finale del sistema. La legge di Hess può essere usata per determinare l’energia complessiva richiesta per una reazione chimica, specialmente quando la reazione può essere divisa in diversi passi intermedi che sono individualmente più facili da caratterizzare. Un cambiamento entalpico negativo per una reazione indica un processo esotermico, mentre un cambiamento entalpico positivo corrisponde a un processo endotermico.
Calcolo delle entalpie standard di reazione usando la legge di Hess
C(s)\grafite}}diritto C(s)\diamante}quadrato \Delta H_{rxn}=?
Trasformare la grafite in diamante richiede temperature e pressioni estremamente elevate, e quindi non è pratico in un ambiente di laboratorio. Il cambiamento di entalpia per questa reazione non può essere determinato sperimentalmente. Tuttavia, poiché conosciamo la variazione di entalpia standard per l’ossidazione di queste due sostanze, è possibile calcolare la variazione di entalpia per questa reazione usando la legge di Hess. I nostri passi intermedi sono i seguenti:
C(s)\graphite\+O_2(g)\rightarrow CO_2(g)\quadro \Delta H^\circ=-393.41;kJ/mol
C(s)\diamondite}+O_2(g)\freccia CO_2(g)\quadro \Delta H^\circ=-395.40;kJ/mol
Per ottenere queste reazioni intermedie da aggiungere alla nostra reazione complessiva netta, abbiamo bisogno di invertire il secondo passo. Tieni presente che quando inverti le reazioni usando la legge di Hess, il segno di ΔH cambierà. A volte, avrai bisogno di moltiplicare un dato intermedio di reazione per un intero. In questi casi, devi sempre moltiplicare il tuo valore di ΔH per quello stesso intero. Riformulando la prima equazione e capovolgendo la seconda equazione, abbiamo:
C(s)\grafite\+O_2(g)\rightarrow CO_2(g)\quadro \Delta H^\circ=-393.41;kJ/mol
CO_2(g)\freccia C(s)\diamond}+O_2(g)\quadro \Delta H^\circ=+395.40;kJ/mol
Aggiungendo queste equazioni insieme, i diossidi di carbonio e gli ossigeni si annullano, lasciandoci solo la nostra equazione netta. Per la legge di Hess, possiamo sommare i valori di ΔH per queste reazioni intermedie per ottenere il nostro valore finale, \Delta H^\circ_{rxn}.
C(s)\graphite}}rightarrow C(s)\diamond\quad \Delta H^\circ_rxn}=1.89;kJ/mol