6.10 : Lei de Hess

A fuga de gás de hidrogênio de carros elétricos pode reagir com a camada de ozônio na atmosfera e produzir água. Para reações como esta, medir diretamente a alteração da entalpia num laboratório é difícil. No entanto, esta reação pode ser levada a cabo no laboratório em duas etapas para medir a entalpia de cada passo.

No 1º passo, o oxigênio gasoso é convertido em gás de ozônio, e o delta H_1 equivale a 285, 4 kilojoules. No 2º passo, os gases de hidrogênio e oxigênio combinam-se para produzir vapor de água, e o delta H_2 é igual a 483, 6 kilojoules. Como a entalpia é uma função de estado, a alteração da entalpia de uma reação depende apenas do estado inicial do sistema, hidrogênio e ozônio, e do estado final, água, independentemente dos passos intermédios.

A lei de Hess sobre a compactação de calor constante afirma que se uma equação química pode ser escrita em múltiplos passos, então a alteração líquida da entalpia para a equação pode ser escrita como a soma das entalpias associados a cada passo. Muitas vezes, as reações termoquímicas devem ser manipulados de modo a obter a soma das reações para uma determinada reação. As quantidades estequiométricas e a direção da reação podem ser alteradas e pode ser determinada uma nova entalpia de cada reação manipulada.

Neste exemplo, os dois passos com alterações conhecidas na entalpia não podem ser adicionados diretamente para encontrar a entalpia desconhecida da reação. Isto acontece porque a primeira equação tem o ozônio como produto, enquanto que a reação de interesse tem o ozônio como reagente. Tendo isto em conta, a primeira equação, uma reação endotérmica, deve ser convertida na reação exotérmica inversa onde o ozônio decompõe-se em oxigênio e liberta 285, 4 kilojoules.

O novo delta H tem o mesmo valor, mas um sinal oposto. Ainda assim, acrescentar o inverso dos 1º e 2º passos não produz os 3 mols de água como na conversão do ozônio em água porque os coeficientes estequiométricos são diferentes. Para explicar isto, os coeficientes estequiométricos de cada uma das reações e das suas alterações de entalpias associadas devem ser multiplicados por fatores que permitem a correspondência do coeficiente à reação de interesse ou o seu cancelamento.

Porque a alteração da entalpia depende da quantidade de reagentes e produtos, a proporção entre os coeficientes e a alteração da entalpia permanece constante. Para obter 3 mols de água, o 2º passo deve ser multiplicado por 3 sobre 2 dando um novo delta H_2 de 725, 4 kilojoules. Para consumir 1 mol de ozônio, o inverso do 1º passo deve ser multiplicado por 1 sobre 2, dando um novo delta H_1 de 142, 7 kilojoules.

Resumindo a equação termoquímica modificada e cancelando todos os compostos que aparecem em ambos os reagentes e produtos, produz-se a reação de interesse. Quando os novos deltas H 1 e 2 são adicionados, a alteração da entalpia para a reação entre o hidrogênio e o ozônio é de 868, 1 kilojoules.