Problemas de ejemplo de la ley de Hess
La entalpía estándar de formación se define como el cambio de entalpía cuando un mol de una sustancia en el estado estándar (1 atm de presión y 298,15 K) se forma a partir de sus elementos puros en las mismas condiciones.
La entalpía estándar de formación es una medida de la energía liberada o consumida cuando se crea un mol de una sustancia en condiciones estándar a partir de sus elementos puros. El símbolo de la entalpía estándar de formación es ΔHf.
Esta ecuación establece esencialmente que el cambio de entalpía estándar de formación es igual a la suma de las entalpías estándar de formación de los productos menos la suma de las entalpías estándar de formación de los reactivos.
El carbono existe naturalmente como grafito y diamante. La diferencia de entalpía entre el grafito y el diamante es demasiado grande para que ambos tengan una entalpía estándar de formación de cero. Para determinar qué forma es cero, se elige la forma más estable del carbono. Ésta es también la forma con la menor entalpía, por lo que el grafito tiene una entalpía estándar de formación igual a cero. La tabla 1 proporciona valores de muestra de las entalpías estándar de formación de varios compuestos.
La ley de Hess una definición de la química de nivel
Esto muestra los cambios de entalpía para una reacción exotérmica utilizando dos formas diferentes de llegar de los reactantes A a los productos B. En un caso, se hace una conversión directa; en el otro, se utiliza un proceso de dos etapas que implica algunos intermedios.
Independientemente del número de etapas en que se realice la reacción, en última instancia el cambio de entalpía global será el mismo, porque las posiciones de los reactantes y los productos en un diagrama de entalpía serán siempre las mismas.
Nota: Es posible que se confunda que estoy cambiando entre los términos entalpía y energía. El cambio de entalpía es simplemente una medida particular del cambio de energía. Recordarás que el cambio de entalpía es el calor evolucionado o absorbido durante una reacción que ocurre a presión constante.
He etiquetado la escala vertical en este diagrama en particular como entalpía en lugar de energía, porque estamos pensando específicamente en los cambios de entalpía. Podría haber mantenido el término más general de «energía», pero prefiero ser preciso.
La Ley de Hess dice que el cambio global de entalpía en estas dos rutas será el mismo. Eso significa que si ya conoces dos de los valores de cambio de entalpía para las tres reacciones separadas que se muestran en este diagrama (las tres flechas negras), puedes calcular fácilmente el tercero, como verás a continuación.
Preguntas de química de nivel A de Hess
La Ley de Hess, también conocida como «Ley de Hess de la suma del calor constante», establece que la entalpía total de una reacción química es la suma de los cambios de entalpía de los pasos de la reacción. Por lo tanto, se puede encontrar el cambio de entalpía dividiendo una reacción en los pasos que la componen y que tienen valores de entalpía conocidos. Este problema de ejemplo demuestra las estrategias de cómo usar la Ley de Hess para encontrar el cambio de entalpía de una reacción usando los datos de entalpía de reacciones similares.
Encontrar un camino correcto es diferente para cada problema de la Ley de Hess y puede requerir algo de ensayo y error. Un buen punto de partida es encontrar uno de los reactantes o productos en el que sólo haya un mol en la reacción. Necesitas un CO2, y la primera reacción tiene un CO2 en el lado del producto.
Esto te da el CO2 que necesitas en el lado del producto y uno de los moles de O2 que necesitas en el lado del reactante. Para obtener dos moles más de O2, utiliza la segunda ecuación y multiplícala por dos. Recuerda multiplicar también el ΔHf por dos.
Ahora tienes dos S’s extra y una molécula de C extra en el lado del reactante que no necesitas. La tercera reacción también tiene dos S y una C en el lado del reactivo. Invierte esta reacción para llevar las moléculas al lado del producto. Recuerda cambiar el signo de ΔHf.
Combustión del ciclo de Hess
Para realizar los cálculos de la ley de Hess, se dibuja un ciclo de Hess. Éste muestra una ruta directa, que va de los reactivos a los productos, y una ruta indirecta, que pasa por los intermedios. Se escriben los cambios de entalpía de la ruta indirecta que involucra a los productos, reactivos e intermedios, y se utilizan para calcular el cambio de entalpía de la ruta directa.
La ley de Hess establece que el cambio de entalpía de una reacción es independiente de la ruta seguida. Esto significa que podemos calcular el cambio de entalpía de la ruta directa de una reacción utilizando los cambios de entalpía de una ruta indirecta. Por ejemplo, supongamos que queremos calcular el cambio de entalpía de la reacción entre el eteno y el hidrógeno para formar etano. Se puede calcular utilizando los cambios de entalpía de formación de las tres especies implicadas.
La ley de Hess también se aplica a la energía libre de Gibbs. El cambio global en la energía libre de Gibbs en una reacción es siempre el mismo, independientemente de la ruta que se tome. Tomemos la ruta directa de la reacción A + B → D. Digamos que la ruta indirecta consiste en las reacciones A + B → 2C y 2C → D. Los cambios en la energía libre de Gibbs para estas dos reacciones son ΔGo1 y ΔGo2 respectivamente. El cambio global en la energía libre de Gibbs de la ruta directa es, por tanto, ΔGo1 + ΔGo2.