Закон Гесса

Существует два способа определить количество тепла, которое связано с химическим изменением: Измерить его экспериментально, или рассчитать его по другим экспериментально определенным изменениям энтальпии. Некоторые реакции трудно, если не невозможно, экспериментально исследовать и точно измерить. И даже если реакцию не трудно выполнить или измерить, удобно иметь возможность определять тепло, которое участвует в реакции, без необходимости проводить эксперимент.

Этот тип расчета обычно включает в себя использование закона Гесса, который гласит: Если процесс может быть записан в виде суммы нескольких пошагово выполняемых процессов, то энтальпия изменения общего процесса равна сумме энтальпии изменений различных этапов. Закон Гесса действителен, потому что энтальпия является функцией сотояния: Энтальпия зависит только от того, где начинается и заканчивается химический процесс, но не от того, какой путь он проходит от начала до конца. Например, реакция углерода с кислородом на формирование диоксида углерода происходит либо непосредственно, либо двухэтапным процессом. Прямой процесс записывается как:

В двухэтапном процессе сперва образуется угарный газ:

Затем окись углерода реагирует дальше, образуя углекислый газ:

Уравнение, описывающее общую реакцию, представляет собой сумму этих двух химических изменений:

Поскольку CO, произведенный на этапе 1, потребляется на этапе 2, чистое изменение составляет:

Согласно закону Гесса, энтальпия изменения реакции будет равна сумме энтальпии изменений ступеней.

ΔH общей реакции одинакова, независимо от того, происходит ли она за один или два шага. Этот вывод (общий ΔH для реакции = сумма значений ΔH для “шагов” реакции в общей реакции) является верным в целом для химических и физических процессов.

Есть две важные особенности ΔH, которые оказываются полезными при решении проблем с использованием закона Гесса. Это основано на том, что ΔH прямо пропорционально количеству реагентов или продуктов, и изменение реакции (или термохимического уравнения) в четко определенных формах изменяет ΔH соответственно.

Например, изменение энтальпии реакции, образующей 1 моль NО₂ (г), составляет +33,2 кДж:

При формовании 2 молей NО₂ (в два раза больше) ΔH в два раза больше:

Как правило, при умножении или разделении химического уравнения изменение энтальпии также следует умножить или разделить на одно и то же число.

ΔH для реакции в одном направлении равно по величине и противоположно по знаку ΔH для реакции в обратном направлении. Например:

Затем, для обратной реакции, изменение энтальпии также изменяется в обратном направлении:

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 5.3: Энтальпия.

“