Chimica per non-magistrati

Legge di Hess sulla somma del calore

Quanta energia è coinvolta nel funzionamento di una torcia ad acetilene? Abbiamo bisogno di sviluppare nuovi approcci per questi calcoli.

Addizionare i calori di reazione

A volte è molto difficile o addirittura impossibile misurare il cambiamento di entalpia per una reazione direttamente in laboratorio. Alcune reazioni avvengono molto lentamente, rendendo impossibile una misura diretta. In altri casi, una data reazione può essere un passo intermedio in una serie di reazioni. Alcune reazioni possono essere difficili da isolare perché possono verificarsi più reazioni collaterali allo stesso tempo. Fortunatamente, è possibile misurare il cambiamento di entalpia per una reazione con un metodo indiretto. La legge della somma del calore di Hess afferma che se due o più equazioni termochimiche possono essere sommate per dare un’equazione finale, allora i calori di reazione possono anche essere sommati per dare un calore di reazione per l’equazione finale.

Un esempio illustrerà come la legge di Hess può essere usata. L’acetilene (C 2 H 2 ) è un gas che brucia ad una temperatura estremamente alta (3300°C) ed è usato nella saldatura (nella foto in apertura). Sulla carta, il gas acetilene può essere prodotto dalla reazione del carbonio solido (grafite) con l’idrogeno gassoso.

Purtroppo, questa reazione sarebbe virtualmente impossibile da eseguire in laboratorio perché il carbonio reagirebbe con l’idrogeno per formare molti prodotti idrocarburi diversi simultaneamente. Non c’è modo di creare condizioni in cui solo l’acetilene sarebbe prodotto.

Tuttavia, i cambiamenti entalpici per le reazioni di combustione sono relativamente facili da misurare. I calori di combustione per il carbonio, l’idrogeno e l’acetilene sono mostrati qui sotto insieme ad ogni equazione bilanciata.

1. 
2. 
3. 

Per utilizzare la legge di Hess, abbiamo bisogno di determinare come le tre equazioni di cui sopra possono essere manipolate in modo che possano essere sommate per ottenere l’equazione desiderata (la formazione di acetilene da carbonio e idrogeno).

Per fare questo, andremo attraverso l’equazione desiderata, una sostanza alla volta – scegliendo la reazione di combustione dalle equazioni numerate 1-3 sopra che contiene quella sostanza. Potrebbe essere necessario invertire una reazione di combustione o moltiplicarla per qualche fattore per farla “rientrare” nell’equazione desiderata. Il primo reagente è il carbonio e nell’equazione della reazione desiderata, il coefficiente del carbonio è un 2. Quindi, scriveremo la prima reazione di combustione, raddoppiando tutti i coefficienti e il .

Il secondo reagente è l’idrogeno e il suo coefficiente è un 1, come nella seconda reazione di combustione. Pertanto, quella reazione sarà usata come scritto.

Il prodotto della reazione è C 2 H 2 e anche il suo coefficiente è un 1. Nella reazione di combustione #3, l’acetilene è un reagente. Pertanto, invertiremo la reazione 3, cambiando il segno del .

Ora, queste tre reazioni possono essere sommate. Qualsiasi sostanza che appare in quantità uguali come reagente in un’equazione e come prodotto in un’altra equazione si annulla algebricamente. Anche i valori delle variazioni di entalpia vengono aggiunti.

Quindi il calore di reazione per la combinazione di carbonio con idrogeno per produrre acetilene è 228.3 kJ. Quando una mole di acetilene viene prodotta, 228,3 kJ di calore vengono assorbiti, rendendo la reazione endotermica.

Sommario

• La legge di Hess è usata per calcolare il calore di reazione per processi che non possono essere misurati direttamente.

Pratica

Fai i problemi (tutti quelli per cui hai tempo) al link qui sotto:

http://faculty.uscupstate.edu/cbender/Web%20page%20folder%20enmass/chm111/Chm%20111%20worksheets/Hess%27s%20Law%20probs.html

Rassegna

Questi

1. Elenco due motivi per cui la misura diretta di un calore di reazione può non essere fattibile.
2. State la legge di Hess.
3. Se una reazione di combustione viene invertita, cosa deve succedere al valore?