Lei base da termoquímica
A Lei de Hess afirma que: em uma reação química, o calor liberado ou absorvido é constante e independente do número de etapas pelas quais a reação passa. Ou seja, a lei estabelece que a variação de entalpia de uma reação química depende apenas do seu estado inicial e do seu estado final.
Essa lei, base termoquímica, foi desenvolvida experimentalmente por Germain Henry Hess, químico e médico suíço. Uma das suas principais contribuições foi um livro texto de Química, escrito em 1834, e adotado por muitas escolas e universidades russas.
Em 1840 Hess apresentou uma lei empírica - que leva o seu nome-, tornando-se uma das principais bases da termoquímica. Tal lei permite calcular os calores de produção de substâncias que não podem ser conseguidas, experimentalmente, por síntese direta.
Termoquímica
Durante as reações químicas acontecem trocas de calor, sendo este o objeto de estudo da termoquímica. Essa área da química também dedica-se à análise da transferência de energia que acontece durante os processos de transformação física da matéria.
Transferência de calor nas mudanças de estado físico. (Foto: Educa Mais Brasil)
Em qualquer tipo de reação química, ocorre a quebra de ligações dos reagentes para então formar novas ligações nos produtos. Para que ocorra essas quebra nos reagentes é necessário o fornecimento de energia. Essa energia é a denominada entalpia (H) e vem de dentro da molécula.
A representação escrita de uma reação química é chamada de equação química. No caso de uma equação termoquímica, devem ser listados todas os elementos que podem influenciar no resultado da entalpia. Exemplo: estado físico, proporção estequiométrica, pressão, temperatura e variação de entalpia.
Equações termoquímicas.
Uso da Lei de Hess
Já é sabido que em uma reação química, a variação de entalpia depende apenas do estado inicial e do estado final. Seguindo a Lei de Hess, o cálculo é realizado na seguinte forma:
H = Hf – HiOnde,
H: variação de entalpiaHf: entalpia final
Hi: entalpia inicial
A Lei de Hess também é conhecida como lei da soma dos calores de reação, pois a variação de entalpia é igual a soma das variações das etapas as quais a reação química passa (reações intermediárias). O cálculo é realizado da seguinte forma:
Também é importante saber, que pela Lei de Hess, as equações termoquímicas também podem ser calculadas como se fossem equações matemáticas. Mas algumas observações devem ser seguidas:
• Se invertida a reação química, o sinal da variação de entalpia também deve ser invertido;
• Se multiplicada a equação, a variação de entalpia também deve ser multiplicada;
• Se dividida a equação, a variação de entalpia também deve ser dividida.
Diagrama da entalpia
A Lei de Hess pode ser representada graficamente por meio de um diagrama:
Diagrama entalpias. (Foto: Educa Mais Brasil)
Considere um sistema. O estado inicial é representado por A e o estado final por D, este último pode ser obtido por meio de dois caminhos. Independente do caminho decorrido pelos dois estados, a variação de entalpia será a mesma:
Caminhos das entalpias. (Foto: Educa Mais Brasil)
As linhas horizontais indicam as entalpias dos vários estados e de acordo com a Lei de Hess, a expressão para essa situação é:
Expressão entalpias.
Exemplificação da Lei de Hess
Observe a reação química abaixo e orientações para o cálculo da variação de entalpia pela Lei de Hess:
Equação.
O primeiro passo é escrever todas as equações intermediárias de acordo com a reação principal:
Dados da equação.
Na primeira equação, o C (grafite) é o termo comum, então ele deve ser escrito da mesma forma. A segunda equação, o termo comum é o H2(g), contudo essa equação foi multiplicada, inclusive a variação. E na terceira equação, o CH4(g) é o termo comum, e sua variação de entalpia teve o sinal alterado pois a posição da equação foi invertida.
Os dados obtidos são:
Resultado da equação.
Por fim, o resultado final pela Lei de Hess é:
Resultado pela Lei de Hess.