Lei de Hess
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- Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
Referência Lima, L.S., (2015) Lei de Hess, Rev. Ciência Elem., V3(1):094
DOI http://doi.org/10.24927/rce2015.094
Palavras-chave Hess; Termoquímica; conservação da energia; reações químicas;
Resumo
A lei de Hess surge na Termoquímica como uma consequência do princípio da conservação da energia e do facto de uma função de estado depender apenas dos estados inicial e final e não do caminho percorrido entre ambos. Refere-se à aditividade de valores de variação de entalpia padrão de reações químicas \(\Delta\)rHº que podem ser utilizadas na estimativa da variação de entalpia de uma reação difícil (ou mesmo impossível) de medir experimentalmente.
Por exemplo, se se pretender saber o valor de \(\Delta\)rHº da reação A \(\rightarrow\) B mas não for possível efetuar uma medição direta, podem ser utilizadas outras reações para as quais se conhecem ou se podem medir os valores de \(\Delta\)rHº (por exemplo, as reações A \(\rightarrow\) C e C \(\rightarrow\) B), desde que, quando “somadas” as equações químicas intermediárias originem a equação química cujo valor de \(\Delta\)rHº interessa obter:
A \(\rightarrow\) C
|
\(\Delta_\text{r}H_\text{1}^o\)
|
|
"+"
|
C \(\rightarrow\) B
|
\(\Delta_\text{r}H_\text{2}^o\)
|
|
||
A \(\rightarrow\) B
|
\(Delta_\text{r}H^o = \Delta_\text{r}H_\text{1}^o + \Delta_\text{r}H_\text{2}^o\)
|
Foi em 1840 que Germain Henri Hess (1802-1850), médico e químico nascido na Suíça e naturalizado russo, publicou o seu artigo mais conhecido1, onde descreve os princípios que constituem a base daquela que é hoje conhecida como Lei de Hess, assim denominada em sua homenagem. Para a correta aplicação/utilização da Lei de Hess, tem de se ter em consideração os seguintes pontos:
Os valores de variação de entalpia devem ter uma base molar e ser referentes aos mesmos valores de pressão e temperatura, normalmente à pressão que define estado padrão (po = 105 Pa) e à temperatura de referência T = 298,15 K (25,00 ºC);
Qualquer operação que afete a equação química intermediária em questão, afeta da mesma forma o seu valor de \(\Delta\)rHº. Por exemplo, se a equação química for invertida, o sinal de \(\Delta\)rHº é o seu simétrico; se se multiplicarem os coeficientes estequiométricos de uma equação por um número inteiro ou fracionário, o valor de \(\Delta\) rHº também deverá ser multiplicado por esse número;
Ao “somarem-se” as equações químicas intermediárias, devem reduzir os termos semelhantes (isto é, anular as mesmas quantidades de substâncias no mesmo estado físico comuns aos reagentes e produtos). Por exemplo, se existirem 4 moles de água no estado líquido nos reagentes e 5 moles de água no estado líquido nos produtos de reação, anulam-se as 4 moles de água comuns nos reagentes e produtos, sobrando 1 mole de água nos produtos – é como se a reação não consumisse água e formasse apenas 1 mole de água no estado líquido). Isto denomina-se "reduzir os termos semelhantes".
\(\Delta\)rHº da reação de síntese do metano (CH4) a partir da reação do carbono (da grafite) com o hidrogénio gasoso (H2), cuja equação química é:
C(s) + 2H2(g) \(\longrightarrow\) CH4(g) |
\(\Delta\)rHº
= ?
|
O valor de \(\Delta\)rHº pode ser obtido com base nas seguintes reações:
(1) |
H2(g) + ½O2(g) \(\longrightarrow\)
H2O(l)
|
\(\Delta_\text{r}H_\text{1}^o = – 285,8 \mbox{ kJ/mol}\)
|
(2) |
C(s) + O2(g) \(\longrightarrow\)
CO2(g)
|
\(\Delta_\text{r}H_\text{2}^o = – 393,5 \mbox{ kJ/mol}\)
|
(3) |
CH4(g) + 2O2(g) \(\longrightarrow\)
CO2(g) + 2H2O(l)
|
\(\Delta_\text{r}H_\text{3}^o = – 890,4 \mbox{ kJ/mol}\)
|
Para se obter a equação que se pretende, podem “somar-se” as equações (1) a (3) por aplicação de operações matemáticas como se fossem parcelas numa soma. Para efetuar a soma tem de se ter em atenção quais as espécies químicas que estão nos reagentes e produtos das equações intermediárias e na equação cujo valor de \(\Delta\)rHº é desconhecido. Para originar a equação problema, as equações intermediárias devem ser somadas da seguinte forma:
2 \(\times\)
[H2(g) + ½O2(g)
|
\(\longrightarrow\)
|
H2O(l)]
|
C(s) + O2(g)
|
\(\longrightarrow\)
|
CO2(g)
|
CO2(g) + 2H2O(l)
|
\(\longrightarrow\)
|
CH4(g) + 2O2(g)
|
|
||
C(s) + 2H2(g) +
|
\(\longrightarrow\)
|
CH4(g) +
|
Os coeficientes estequiométricos da equação (1) foram multiplicados por dois, pelo que o valor de \Delta_\text{r}H_\text{1}^o também o deve ser. O sentido da equação (3) foi invertido, pelo que se deve utilizar o valor simétrico de \(\Delta_\text{r}H_\text{3}^o\)
Assim,
\(\Delta_\text{r}H^o = 2 \times \Delta_\text{r}H_\text{1}^o + \Delta_\text{r}H_\text{2}^o - \Delta_\text{r}H_\text{3}^o = 2 \times (-285,8) + (-393,5) - (-890,4) = -74,7 \mbox{ kJ/mol}\)
Referências
- 1 G. H. Hess, Pogg. Ann. 50 (1940) 385; (citado em H. M. Leicester, J. Chem. Educ. 28 (1951) 581-583).
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