Цей закон був відкритий Гессом в 1840 р на підставі узагальнення безлічі експериментальних даних.
Формулювання закону Гесса:
Тепловий ефект реакції, що протікає при постійному тиску (Qp = DН) або при постійному обсязі (QV = DU) і постійній температурі, визначається тільки природою і станом вихідних речовин і продуктів реакції і не залежить від шляху переходу від вихідних речовин до продуктів реакції (т . Е. реакцію можна проводити в одну, дві, три і т.д. стадії).
Закон Гесса заснований на тому, що Qp і QV - функції стану (на відміну від Q).
QP = H, p = const (20)
Розглянемо процес переходу від вихідних речовин до продуктів реакції при р = const, Т = const. Тоді Qp = DН. Складемо так званий термохимический цикл. Нехай від вихідних речовин до продуктів реакції можна перейти трьома різними шляхами - в одну, дві або три стадії:
Наслідки із закону Гесса.
Перше наслідок із закону Гесса.
Тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумою теплот утворення з простих речовин (Df H) продуктів реакції і сумою теплот утворення з простих речовин вихідних речовин (з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів).
Математичний вираз для першого слідства із закону Гесса можна записати в наступному вигляді:
Теплота освіти? F Н - це тепловий ефект реакції утворення 1 моль сполуки з простих речовин.
Стандартне стан характеризується і тиском р = 1 атм = 1 × 10 5 Па.
Теплові ефекти, віднесені до цих умов, називаються стандартними тепловими ефектами.
Стандартна ентальпія (теплота) утворення з'єднання з простих речовин (Df H 0 298) - це є тепловий ефект реакції утворення 1 моль даного з'єднання з відповідних кількостей простих речовин при стандартних умовах.
Прості речовини - це хімічні елементи або речовини. взяті в тих агрегатних станах або кристалічних модифікаціях, в яких вони стійкі при стандартному стані.
Прийнято, що для простих речовин Df H 0 298 = 0.
Другий наслідок із закону Гесса.
Тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумою теплот згоряння (Dc H) вихідних речовин і сумою теплот згоряння продуктів реакції (з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів).
Математичний вираз для вторгся слідства із закону Гесса можна записати в наступному вигляді:
Стандартна ентальпія (теплота) згоряння сполуки (позначається як Dc H 0 298) - це є тепловий ефект реакції окислення 1 моль даного седіненія газоподібним молекулярним киснем при стандартному умовах з утворенням відповідних кількостей наступних речовин (якщо не вказано інакше): СО2, газ. Н2 Ожідк .. N2, газ. Hhal, (Cl, Br), SO2 газ. та ін.
Одиниці виміру [Df Н] і [D з Н] рівні кДж / моль, [n] = моль, [DНреакціі] = кДж!
Приклад 1.1Рассчітать теплові ефекти двох наступних реакцій:
якщо відомі стандартні теплоти утворення всіх компонентів даних реакцій.
Рішення. Виконаємо розрахунки для 25 0 С і тиску 1 атм, прийнявши умову сталості тиску в ході реакцій. В цьому випадку тепловий ефект повинен бути дорівнює зміні ентальпії системи:
Приклад 1.2 Розрахувати тепловий ефект поліморфного перетворення 1 моль графіту в алмаз при стандартних умовах, якщо відомі стандартні теплоти згорання графіту і алмазу при Т = 298,15 К і Р = 1атм.
Решеніе.Запішем реакцію поліморфного перетворення графіту в алмаз:
Розрахунок показує, що
Отже, процес перетворення графіту в алмаз при стандартних умовах (якби він мав місце) мав би відбуватися з поглинанням невеликої кількості тепла.
Зв'язок між Qp і QV для хімічних реакцій.
Розглянемо реакцію, що протікає при постійному тиску p. За визначенням:
Н º U + pV; тоді
Якщо в реакції беруть участь газоподібні речовини, то, вважаючи їх ідеальними газами, з урахуванням рівняння Менделєєва-Клапейрона:
pDV = Dnгаз RT, (24)
можна отримати вирази:
DH = DU + Dnгаз RT або
де Dnгаз - зміна числа молей газоподібних речовин в результаті одного пробігу реакції,
Іноді пишуть замість Dnгаз символи Dnгаз.
Один пробіг реакції означає, що в реакцію вступило таку кількість молей кожного з речовин, яке відповідає їх стехиометрическим коефіцієнтам в рівнянні реакції.