A Lei de Hess possibilita o cálculo das variações de entalpia – quantidade de energia encontrada nas substâncias durante as reações químicas. Essa lei, base da termoquímica, foi desenvolvida experimentalmente por Germain Henry Hess, em 1840, e estabelece que:
Em uma reação química, o calor liberado ou absorvido é constante e independente do número de etapas pelas quais a reação passa.
Termoquímica e entalpia
A termoquímica ocupa-se no estudo das trocas de calor, isto é, a troca de energia que acontece durante as reações químicas. Essas trocas também podem acontecer durante os processos de transformação física da matéria.
Quando uma substância passa do estado físico sólido para o líquido e depois para o gasoso, ocorre a absorção de calor. Já quando a mudança é do estado gasoso para o líquido e em seguida para o sólido, ocorre a liberação de calor.
Essa energia das reações químicas é consequente da reordenação das ligações químicas dos reagentes que, consequentemente, se transformam em produtos. A energia armazenada é chamada de entalpia (H), que vem de dentro da molécula.
Nas reações químicas não é necessário calcular a entalpia, geralmente o cálculo é a variação de entalpia (ΔH). A representação gráfica de uma reação química é chamada de equações químicas.
Em uma equação termoquímica são listados todas os elementos que podem influenciar no valor da entalpia. São eles: estado físico, proporção estequiométrica, temperatura, pressão e variação de entalpia.
Confira abaixo os exemplos de equações:
Como utilizar a Lei de Hess
A variação de entalpia (ΔH), em uma reação química, depende somente do estado inicial e final dela. O cálculo da ΔH, seguindo a Lei de Hess, é dado da seguinte maneira:
ΔH = Hf – Hi
Sendo,
ΔH: variação de entalpia
Hf: entalpia final
Hi: entalpia inicial
A Lei de Hess também é chamada da lei da soma dos calores de reação. Isso porque a variação de entalpia é igual a soma das variações das etapas em que a reação pode ser fracionada, ou seja, as reações intermediárias. O cálculo é realizado da seguinte forma:
ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 + …
As equações termoquímicas também podem ser somadas como se fossem equações matemáticas. Dito isso, é importante ter atenção a algumas observações:
- Se inverter a reação química, o sinal do ΔH também deve ser invertido;
- Se multiplicar a equação, o ΔH também deve ser multiplicado;
- Se dividir a equação, o ΔH também deve ser dividido.
Diagrama da entalpia
Reforçando o princípio da Lei de Hess, a variação de entalpia só depende do estado final e inicial de uma reação química. Isso pode ser demonstrado graficamente por meio de um diagrama.
Considere um sistema, cujo estado inicial é representado por A e o estado final por D. O final é alcançado por dois caminhos: o primeiro vai de A até D, que é o ∆H1; o segundo passa de A para B (∆H2), B para C (∆H3) e final C para D (∆H4)
As linhas horizontais indicam as entalpias dos vários estados.
Logo:
HD – HA = ∆H1 = ∆H2 + ∆H3 + ∆H4
Aplicação da Lei de Hess
Considere a reação química abaixo, que indicaremos o cálculo da variação de entalpia pela Lei de Hess:
O primeiro passo é escrever todas as equações intermediárias de acordo com a reação principal:
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 ΔH2. Na terceira equação, o CH4(g) é o termo comum e o sinal da ΔH3 foi modificado, pois a posição da equação foi invertida.
Os dados obtidos são:
Seguindo a Lei de Hess: ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 = (-94) + (-136) + 213 = -17 KJ/mol
Resumo sobre Lei de Hess
- Possibilita calcular as variações de entalpia;
- É base para a termodinâmica;
- O cálculo é feito com a fórmula: ΔH = Hf – Hi (ΔH: variação de entalpia; Hf: entalpia final; Hi: entalpia inicial);
- Cálculo também pode ser feito somando entalpias: ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 + …