قانون هس

هناك طريقتان لتحديد كمية الحرارة التي ينطوي عليها التغير الكيميائي: قياس الحرارة تجريبياً، أو حسابها من تغيرات أخرى في المحتوى الحراري محددة تجريبياً. من الصعب، إن لم يكن من المستحيل، دراسة بعض التفاعلات وإجراء قياسات دقيقة من الناحية التجارعية. وحتى عندما لا يكون من الصعب تنفيذ التفاعل أو قياسه، فمن المناسب أن تكون قادرًا على تحديد الحرارة التي ينطوي عليها التفاعل دون الحاجة إلى إجراء تجربة.

وعادة ما يتضمن هذا النوع من الحسابات استخدام قانون هس’s الذي ينص على ما يلي: إذا كان من الممكن كتابة عملية كمجموع عدة عمليات متدرجة، فإن التغير في المحتوى الحراري للعملية الكلية يساوي مجموع التغيرات في المحتوى الحراري للخطوات المختلفة. إن قانون هس’s صالح لأن المحتوى الحراري هو دالة حالة: فالتغيرات في المحتوى الحراري تعتمد فقط على المكان الذي تبدأ فيه العملية الكيميائية وتنتهي، ولكن ليس على المسار الذي تسلكه من البداية إلى النهاية. على سبيل المثال، يحدث تفاعل الكربون مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون إما بشكل مباشر أو من خلال عملية من خطوتين. تتم كتابة العملية المباشرة على النحو التالي:

في العملية ذات الخطوتين، يتم تكوين أول أكسيد الكربون:

بعد ذلك ، أول أكسيد الكربون يتفاعل بشكل أكبر لتكوين ثاني أكسيد الكربون:

إن المعادلة التي تصف التفاعل الكلي هي مجموع هذين التغييرين الكيميائيين:

نظرًا لأن أول أكسيد الكربون الذي تم إنتاجه في الخطوة 1 يتم استهلاكه في الخطوة 2، فإن صافي التغيير هو:

ووفقاً لقانون هس’s، فإن التغير في المحتوى الحراري للتفاعل سيساوي مجموع التغيرات في المحتوى الحراري للخطوات.

تكون قيمة ΔH للتفاعل الإجمالي هي نفسها، بغض النظر عما إذا كان يحدث في خطوة واحدة أو اثنتين. وهذا الاستنتاج (إجمالي ΔH للتفاعل = مجموع قيم ΔH لـ “خطوات” التفاعل في التفاعل الاجمالي) هو صحيح بشكل عام للعمليات الكيميائية والفيزيائية.

هناك ميزتان هامتان لـ ΔH أثبتتا فائدتين أثناء حل المشاكل باستخدام قانون هس’s. ويستند ذلك إلى حقيقة أن تكون قيمة ΔH متناسبة بشكل مباشر مع كميات المواد المتفاعلة أو المنتجات، وتغيير التفاعل (أو المعادلة الكيميائية الحرارية) بطرق محددة بشكل جيد لتغيير قيمة ΔH accordingly وفقاً لذلك.

على سبيل المثال، التغير في المحتوى الحراري للتفاعل الذي يشكل مول واحد من NO₂ (g) هو +33.2 كيلو جول:

عندما يتم تكوين 2 مول من NO₂ (ضعف العدد)، تكون قيمة ΔH أكبر بمرّتين:

بشكل عام، إذا كان ضرب معادلة كيميائية أو قسمتها، فيجب أيضًا ضرب التغير في المحتوى الحراري أو قسمته على العدد نفسه.

تكون قيمةΔH للتفاعل في اتجاه واحد متساوية في الحجم ومعاكسة بلعلامة لـ ΔH للتفاعل في الاتجاه المعاكس. على سبيل المثال:

ثم، بالنسبة إلى التفاعل العكسي، ينعكس التغير في المحتوى الحراري أيضًا:

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.