Introdução à Química

Termos

• Hess afirma que, se uma reacção global ocorrer em várias etapas, a sua entalpia de reacção padrão é a soma das entalpias padrão das reacções intermédias, à mesma temperatura.
• lei de conservação de energiaEstata que a quantidade total de energia em qualquer sistema isolado permanece constante; a energia não pode ser criada ou destruída, embora possa alterar formas.

Derivação da Lei de Hess

A lei de Hess é uma relação em química física com o nome de Germain Hess, um químico e médico russo nascido na Suíça. Esta lei afirma que se uma reacção ocorre em várias etapas, então a entalpia de reacção padrão para a reacção global é igual à soma das entalpias padrão das etapas intermediárias da reacção, assumindo que cada etapa ocorre à mesma temperatura.

A lei de Hess deriva directamente da lei de conservação de energia, bem como a sua expressão na primeira lei da termodinâmica. Uma vez que a entalpia é uma função de estado, a mudança de entalpia entre produtos e reagentes num sistema químico é independente do caminho percorrido desde o estado inicial até ao estado final do sistema. A lei de Hess pode ser utilizada para determinar a energia global necessária para uma reacção química, especialmente quando a reacção pode ser dividida em vários passos intermédios que são individualmente mais fáceis de caracterizar. A mudança de entalpia negativa para uma reacção indica um processo exotérmico, enquanto que a mudança de entalpia positiva corresponde ao processo endotérmico.

Cálculo de Enthalpies Padrão de Reacção Usando a Lei de Hess

C(s){{grafite}}{{digitalite}}{div C(s){diamond}{delta H_{rxn}=?

A transformação de grafite em diamante requer temperaturas e pressões extremamente altas, e por isso é impraticável num ambiente de laboratório. A mudança de entalpia para esta reacção não pode ser determinada experimentalmente. No entanto, porque conhecemos a mudança de entalpia padrão para a oxidação destas duas substâncias, é possível calcular a mudança de entalpia para esta reacção usando a lei de Hess. Os nossos passos intermédios são os seguintes:

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

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

Para conseguir que estas reacções intermédias acrescentem à nossa reacção global líquida, precisamos de inverter o segundo passo. Tenha em mente que ao inverter as reacções usando a lei de Hess, o sinal de ΔH irá mudar. Por vezes, será necessário multiplicar uma dada reacção intermédia por um número inteiro. Nesses casos, é sempre necessário multiplicar o seu valor ΔH por esse mesmo número inteiro. Repondo a primeira equação e virando a segunda equação, temos:

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

CO_2(g){diamond}+O_2(g)\quad\quad\Delta H^\circ=+395,40\;kJ/mol

Adicionando estas equações em conjunto, os dióxidos de carbono e oxigénio cancelam, deixando-nos apenas com a nossa equação líquida. Pela lei de Hess, podemos somar os valores ΔH para estas reacções intermédias para obter o nosso valor final, Delta H^^^^circ_{rxn}.

C(s){grafite}{delta C(s){diamond}{delta H^^^circ_{rxn}=1.89\;kJ/mol