Legge di Hess

Il gas idrogeno che fuoriesce dalle auto elettriche può reagire con lo strato di ozono nell’atmosfera e produrre acqua. Per reazioni come questa, misurare direttamente la variazione di entalpia in un ambiente di laboratorio non è facile. Tuttavia, questa reazione può essere eseguita in laboratorio in due fasi per misurare l’entalpia di ciascuna fase.Nella fase 1, il gas ossigeno viene convertito in gas ozono e delta H_1 è uguale a 285, 4 kilojoule. Nella fase 2, i gas idrogeno e ossigeno si combinano per produrre vapore acqueo, e delta H_2 è uguale a 483, 6 kilojoule. Poiché l’entalpia è una funzione di stato, la variazione di entalpia di una reazione dipende solo dallo stato iniziale del sistema, idrogeno e ozono, e dallo stato finale, acqua, indipendentemente dalle fasi intermedie.La legge di Hess della somma del calore costante afferma che se un’equazione chimica può essere scritta in più passaggi, la variazione di entalpia netta per l’equazione può essere scritta come somma delle entalpie associate a ciascuna fase. Spesso, le reazioni termochimiche devono essere modificate per sommare le reazioni ad una data reazione. Le quantità stechiometriche e la direzione della reazione possono essere cambiate e può determinarsi una nuova entalpia di ciascuna reazione modificata.In questo esempio, i due passaggi con variazioni di entalpia note non possono essere aggiunti direttamente per trovare l’entalpia di reazione sconosciuta. Questo perché la prima equazione ha l’ozono come prodotto, mentre la reazione di interesse ha l’ozono come reagente. Per tenere conto di ciò, la prima equazione, una reazione endotermica, deve essere convertita nella reazione esotermica inversa in cui l’ozono si decompone in ossigeno e rilascia 285, 4 kilojoule.Il nuovo delta H ha lo stesso valore ma è di segno opposto. Tuttavia, aggiungendo l’inverso della fase 1 e della fase 2 non si ottengono le 3 moli di acqua come nella conversione dell’ozono in acqua, perché i coefficienti stechiometrici sono diversi. Per tenere conto di ciò, i coefficienti stechiometrici di ciascuna delle reazioni e le loro variazioni di entalpia associate devono essere moltiplicati per fattori che consentono al coefficiente di corrispondere alla reazione di interesse oppure di annullarsi.Poiché la variazione di entalpia dipende dalla quantità di reagenti e prodotti, il rapporto fra i coefficienti e la variazione di entalpia rimane costante. Per ottenere 3 moli di acqua, la fase 2 deve essere moltiplicata per 3 su 2, ottenendo un nuovo delta H_2 di 725, 4 kilojoule. Per consumare 1 mole di ozono, l’inverso della fase 1 deve essere moltiplicato per 1 su 2, ottenendo un nuovo delta H_1 di 142, 7 kilojoule.Sommando l’equazione termochimica modificata e cancellando tutti i composti che compaiono sia nei reagenti che nei prodotti, si ottiene la reazione di interesse. Quando vengono aggiunti i nuovi delta H 1 e 2, la variazione di entalpia per la reazione tra idrogeno e ozono è di 868, 1 kilojoule.