Νόμος του Hess

Με μια ματιά

Υπολογίζεις τη μεταβολή ενθαλπίας μιας αντίδρασης προσαρμόζοντας θερμοχημικές εξισώσεις ώστε το άθροισμά τους να δίνει ακριβώς την αντίδραση-στόχο. Κρατάς ίδιες τις ουσίες, τις ποσότητες, τις φυσικές καταστάσεις, τη θερμοκρασία και την πίεση. Όταν αντιστρέφεις μια εξίσωση, αλλάζεις το πρόσημο του $\deltaH$, και όταν πολλαπλασιάζεις τους συντελεστές της, πολλαπλασιάζεις αντίστοιχα και το $\deltaH$. Προσθέτεις αλγεβρικά τις προσαρμοσμένες μεταβολές ενθαλπίας, επειδή η συνολική μεταβολή εξαρτάται μόνο από τις ίδιες αρχικές και τελικές καταστάσεις.

2Η αρχή

Θεωρείς την ενθαλπία καταστατική ιδιότητα. Για μια καθορισμένη αντίδραση κρατάς ίδιες την ποσότητα, τις ουσίες, τις φυσικές καταστάσεις, τη θερμοκρασία και την πίεση. Εφαρμόζεις τον νόμο του Hess και βρίσκεις την ίδια μεταβολή ενθαλπίας είτε η αντίδραση γίνεται σε 1 στάδιο είτε σε περισσότερα στάδια με ίδιες αρχικές και τελικές καταστάσεις. Προσαρμόζεις τις θερμοχημικές εξισώσεις ώστε το αλγεβρικό άθροισμά τους να δίνει ακριβώς την αντίδραση-στόχο. Προσθέτεις αλγεβρικά τις αντίστοιχες μεταβολές ενθαλπίας. Όταν αντιστρέφεις μια εξίσωση, αλλάζεις το πρόσημο του $\deltaH$. Όταν πολλαπλασιάζεις όλους τους συντελεστές της με τον ίδιο αριθμό, πολλαπλασιάζεις με αυτόν τον αριθμό και το $\deltaH$.

3Αντιστροφή θερμοχημικής εξίσωσης

Στην ίδια θερμοκρασία και πίεση, χρησιμοποιείς τη θερμοχημική εξίσωση $2\chem{C}\state{s,\ graphite} + \chem{O_2}\state{g} \rxn 2\chem{CO}\state{g}$ με μεταβολή ενθαλπίας $\deltaH=-221.0\ \unit{kJ}$ και ζητάς τη μεταβολή ενθαλπίας για την αντίστροφη αντίδραση.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Αντιστρέφεις ολόκληρη την εξίσωση, ώστε αντιδρώντα και προϊόντα να αλλάξουν πλευρά. $2\chem{CO}\state{g} \rxn 2\chem{C}\state{s,\ graphite} + \chem{O_2}\state{g}$

2. Δείξε το βήμα 2

   Αλλάζεις το πρόσημο της μεταβολής ενθαλπίας, επειδή αντιστρέφεις τη φορά της αντίδρασης. $\deltaH=+221.0\ \unit{kJ}$

4Άγνωστη μεταβολή ενθαλπίας από 2 διαφορετικές αντιδράσεις

Στην ίδια θερμοκρασία και πίεση, ζητάς τη μεταβολή ενθαλπίας της αντίδρασης-στόχου $2\chem{C}\state{s,\ graphite} + 2\chem{H_2O}\state{l} \rxn 2\chem{CO}\state{g} + 2\chem{H_2}\state{g}$ Χρησιμοποιείς 2 θερμοχημικές εξισώσεις με ακέραιους συντελεστές. $2\chem{C}\state{s,\ graphite} + \chem{O_2}\state{g} \rxn 2\chem{CO}\state{g}$ $\deltaH_1=-221.0\ \unit{kJ}$ $2\chem{H_2}\state{g} + \chem{O_2}\state{g} \rxn 2\chem{H_2O}\state{l}$ $\deltaH_2=-571.6\ \unit{kJ}$

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Κρατάς την 1η εξίσωση όπως είναι, επειδή ο γραφίτης και το αέριο μονοξείδιο του άνθρακα βρίσκονται ήδη στις πλευρές που απαιτεί η αντίδραση-στόχος. $\deltaH_1=-221.0\ \unit{kJ}$

2. Δείξε το βήμα 2

   Αντιστρέφεις τη 2η εξίσωση, ώστε το υγρό νερό να γίνει αντιδρών και το αέριο υδρογόνο προϊόν. $2\chem{H_2O}\state{l} \rxn 2\chem{H_2}\state{g} + \chem{O_2}\state{g}$

3. Δείξε το βήμα 3

   Αλλάζεις το πρόσημο της 2ης μεταβολής ενθαλπίας, επειδή αντιστρέφεις την εξίσωση. $\deltaH_2'=+571.6\ \unit{kJ}$

4. Δείξε το βήμα 4

   Προσθέτεις τις προσαρμοσμένες εξισώσεις και βρίσκεις τον ίδιο όρο αέριου οξυγόνου στις 2 πλευρές. $\chem{O_2}\state{g}$

5. Δείξε το βήμα 5

   Απαλείφεις τον κοινό όρο αέριου οξυγόνου και παίρνεις ακριβώς την αντίδραση-στόχο. $2\chem{C}\state{s,\ graphite} + 2\chem{H_2O}\state{l} \rxn 2\chem{CO}\state{g} + 2\chem{H_2}\state{g}$

6. Δείξε το βήμα 6

   Προσθέτεις αλγεβρικά τις 2 προσαρμοσμένες μεταβολές ενθαλπίας. $\deltaH_{\mathrm{στόχου}}=\deltaH_1+\deltaH_2'$ $\deltaH_{\mathrm{στόχου}}=(-221.0\ \unit{kJ})+(571.6\ \unit{kJ})$ $\deltaH_{\mathrm{στόχου}}=+350.6\ \unit{kJ}$

5Συνηθισμένα λάθη

• Αντιστρέφεις μια θερμοχημική εξίσωση αλλά κρατάς αμετάβλητο το πρόσημο του $\deltaH$.
• Πολλαπλασιάζεις τους στοιχειομετρικούς συντελεστές αλλά δεν πολλαπλασιάζεις με τον ίδιο αριθμό το $\deltaH$.
• Απαλείφεις την ίδια ουσία παρότι εμφανίζεται με διαφορετική φυσική κατάσταση στις 2 πλευρές.
• Σταματάς όταν ακυρώνονται ορισμένοι όροι χωρίς να ελέγχεις αν οι ουσίες, οι συντελεστές, οι φυσικές καταστάσεις και η φορά συμφωνούν ακριβώς με την αντίδραση-στόχο.

6Έλεγχος

• Αντιμετωπίζεις την ενθαλπία ως ιδιότητα που εξαρτάται από την κατάσταση και όχι από τη διαδρομή.

• Διατηρείς την ταυτότητα και τις φυσικές καταστάσεις των ουσιών, καθώς και τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας.

• Συνδέεις κάθε μεταβολή ενθαλπίας με την ακριβή ισοσταθμισμένη αντίδραση, τους συντελεστές, τις φυσικές καταστάσεις και τις συνθήκες της.

• Αλλάζεις το πρόσημο όταν αντιστρέφεις την εξίσωση και εφαρμόζεις τον ίδιο πολλαπλασιαστή στην εξίσωση και στη μεταβολή ενθαλπίας.

• Λαμβάνεις την ίδια μεταβολή ενθαλπίας για καθορισμένη αντίδραση ανεξάρτητα από τον αριθμό των σταδίων με ίδιες αρχικές και τελικές καταστάσεις.

• Προσθέτεις τις προσαρμοσμένες μεταβολές ενθαλπίας όταν οι αντίστοιχες εξισώσεις αθροίζονται στην αντίδραση-στόχο.

• Ακυρώνεις κοινούς όρους και απαιτείς να απομένουν ακριβώς οι ουσίες, οι συντελεστές και οι φυσικές καταστάσεις της αντίδρασης-στόχου.

• Διατηρείς τις φυσικές καταστάσεις επειδή επηρεάζουν τη μεταβολή ενθαλπίας και καθορίζουν αν μπορείς να απαλείψεις αντίστοιχους όρους.

• Χρησιμοποιείς τον ανεξάρτητα ελεγμένο σχηματισμό 1 mol αέριου μονοξειδίου του άνθρακα από γραφίτη με μεταβολή ενθαλπίας −110,5 kJ ως βάση για την εξίσωση με ακέραιους συντελεστές.

• Χρησιμοποιείς τον σχηματισμό 1 mol υγρού νερού από αέριο υδρογόνο και αέριο οξυγόνο με μεταβολή ενθαλπίας −285,8 kJ ως βάση για την εξίσωση με ακέραιους συντελεστές.

• Ελέγχεις τη μεταβολή ενθαλπίας για τον σχηματισμό 2 mol αέριου μονοξειδίου του άνθρακα από γραφίτη.

• Ελέγχεις την αλλαγή προσήμου όταν αντιστρέφεις τον σχηματισμό 2 mol αέριου μονοξειδίου του άνθρακα.

• Ελέγχεις τη μεταβολή ενθαλπίας για τον σχηματισμό 2 mol υγρού νερού.

• Ελέγχεις την αλλαγή προσήμου όταν αντιστρέφεις τον σχηματισμό 2 mol υγρού νερού.

• Ελέγχεις το αλγεβρικό άθροισμα των μεταβολών ενθαλπίας μετά την αντιστροφή της εξίσωσης σχηματισμού του υγρού νερού.

• Επιβεβαιώνεις τη μεταβολή ενθαλπίας της αντίστροφης αντίδρασης σχηματισμού 2 mol αέριου μονοξειδίου του άνθρακα.

• Επιβεβαιώνεις τη μεταβολή ενθαλπίας της αντίδρασης-στόχου με γραφίτη, υγρό νερό, αέριο μονοξείδιο του άνθρακα και αέριο υδρογόνο.