3. Закон гесса

Хімічні реакції і фізико-хімічні процеси можуть відбуватися з виділенням або поглинанням енергії.

Термохімія – це розділ фізичної хімії, який вивчає теплові ефекти хімічних реакцій.

Процеси, в яких теплота виділяється, називаються екзотермічними. Зрозуміло, якщо реакція екзотермічна (ΔН<0), то вміст енергії у вихідних речовинах більший, ніж у продуктах реакції.

Процеси, що протікають з поглинанням теплоти – ендотермічні. Речовини, які вступають у реакції при ендотермічних процесах, будуть мати більший запас енергії у порівнянні з вихідними речовинами.

Кількість теплоти, що виділяється або поглинається при реакції, називається тепловим ефектом реакції. Якщо реакція протікає при постійному об’ємі, то згідно з рівняннм (1.6) тепловий ефект реакції:

Q_v = Δ U

Якщо реакція протікає при постійному тиску Р, то відповідно до рівняння (1.5) тепловий ефект реакції Q_p = ΔН.

Для різних розрахунків в термохімії користуються не хімічними рівняннями, а термохімічними.

Термохімічні рівняння – це запис рівняння хімічної реакції із зазначенням теплового ефекту.

В термохімічних рівняннях вказують абсолютну величину і знак теплового ефекту реакції, який відноситься до одного молю вихідних речовин або продуктів реакції. Тому в термохімічних реакціях можуть бути дробові стехіометричні коефіцієнти. В цих рівняннях відмічають також агрегатний стан кожної речовини (г – газоподібне, р – рідке, т – тверде, к – кристалічне), а інколи їх алотропну форму (графіт, алмаз).

Основним законом термохімії є закон Германа Гесса (російський вчений), який встановлює, що:

тепловий ефект реакції залежить тільки від вигляду і стану початкових і кінцевих продуктів, але не залежить від проміжних станів та шляхів переходу початкових речовин до кінцевих.

Закон Гесса є окремим випадком першого закону термодинаміки, що застосовується до хімічних процесів, які протікають в ізохорних або ізобарних умовах.

Як приклад, що підтверджує закон Гесса, розглянемо реакцію утворення діоксиду карбону. Він утворюється при безпосередньому спалюванні вугілля (графіту), але можна також провести процес в дві стадії, одержуючи на першій з них СО і, спалюючи його на другій стадії до СО_2.

С (графіт) + О_{2 (г)} = СО_{2 (г)}; ΔН₁

С (графіт) + О_{2 (г)} = СО_(г) ; ΔН₂

СО_(г) + О_{2 (г)} = СО_2(г) ; ΔН₃

Закон Гесса дозволяє зв’язати теплові ефекти цих трьох процесів рівнянням:

ΔН_{1 =} ΔН₂ + ΔН₃

Якщо два з цих теплових ефектів відомі, то легко розрахувати й третій.

Рис. 2. Схема процесів до закону Гесса.

З цього можна зробити висновок, що згідно із законом Гесса, незалежно від того, яким шляхом ми здобули карбон (ІV) оксид (СО₂) – сумарний тепловий ефект буде однаковий (рис.2).

Користуючись законом Гесса, можна розрахувати теплові ефекти таких реакцій, які або важко реалізувати, або неможливо довести до кінця, або ж зовсім для нових процесів, які ще не відбувалися. Цей закон можна застосувати як до хімічних реакцій, так і до процесів розчинення, випаровування, кристалізації, адсорбції.