Loi de Hess

Il y a deux façons de déterminer la quantité de chaleur impliquée dans une transformation chimique : la mesurer expérimentalement, ou la calculer à partir d’autres variations d’enthalpie déterminées expérimentalement. Pour certaines réactions, il est difficile, voire impossible de les étudier et de faire des mesures exactes expérimentalement. Et même lorsqu’une réaction n’est pas difficile à réaliser ou à mesurer, il est pratique de pouvoir déterminer la chaleur impliquée dans une réaction sans avoir à effectuer une expérience.

Ce type de calcul implique généralement d’utiliser la loi de Hess, qui stipule : si un processus peut être écrit comme la somme de plusieurs processus par étapes, la variation d’enthalpie du processus total est égal à la somme des variations d’enthalpie des différentes étapes. La loi de Hess est valable parce que l’enthalpie est une fonction d’état : les variations d’enthalpie dépendent uniquement de l’endroit où un processus chimique commence et se termine, mais pas du chemin qu’il prend du début à la fin. Par exemple, la réaction du carbone avec l’oxygène pour former du dioxyde de carbone se produit soit directement, soit par un processus en deux étapes. Le processus direct est écrit comme suit :

Dans le processus en deux étapes, le monoxyde de carbone se forme en premier :

Ensuite, le monoxyde de carbone réagit davantage pour former du dioxyde de carbone :

L’équation décrivant la réaction globale est la somme de ces deux transformations chimiques :

Comme le CO produit à l’étape 1 est consommé à l’étape 2, la transformation nette est :

Selon la loi de Hess, la variation d’enthalpie de la réaction sera égale à la somme des variations d’enthalpie des étapes.

Le ΔH de la réaction globale est le même, qu’elle se produise en une ou deux étapes. Cette constatation (ΔH global pour la réaction = somme des valeurs &DeltaH pour les “ étapes ” de réaction dans la réaction globale) est vraie en général pour les processus chimiques et physiques.

Il existe deux caractéristiques importantes de ΔH qui se révèlent utiles pour résoudre les problèmes en utilisant la loi de Hess. Ceci est basé sur le fait que ΔH est directement proportionnel aux quantités de réactifs ou de produits, et changer la réaction (ou l’équation thermochimique) de manière bien définie modifie le ΔH en conséquence.

Par exemple, la variation d’enthalpie pour la réaction formant 1 mole de NO₂ (g) est de +33,2 kJ :

Lorsque 2 moles de NO₂ (deux fois plus) sont formées, le ΔH est deux fois plus grand :

En général, en cas de multiplication ou de division d’une équation chimique, la variation de l’enthalpie doit également être multipliée ou divisée par le même nombre.

ΔH pour une réaction dans un sens est égal en intensité et opposé en signe à &DeltaH pour la réaction dans le sens inverse. Par exemple :

Ensuite, pour la réaction inverse, la variation d’enthalpie est également inversée :

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 5.3 : Enthalpie.