Закон Гесса та наслідки з нього: тепловий ефект хімічної реакції, як розрахувати – формула, приклади розвязання задач

Закон Гесса

Цей закон заслужено вважають головним законом термохімії. Формулювання закону Гесса закону виглядає так:

Чисельні значення теплових ефектів, під час протікання хімічних реакцій не залежать від того, яким чином відбуваються самі процеси.

Основний закон термохімії свідчить, що якщо є безліч різних способів провести одну і ту ж хімічну реакцію, то теплові процеси будуть однакові у всіх випадках.

Природно, це буде так, якщо умови всіх реакцій однакові – тиск, температура рівні. Це наукове твердження, незважаючи на інтуїтивну очевидність, далеко не так просто зрозуміти. Давайте розберемо його формулювання.

Якщо процес проходить абсолютно ідентичних умовах, тобто тиск або температура незмінні, то незалежно від того, у скільки стадій буде проходити реакція, теплова енергія (виробляється або витрачена) буде незмінна.

Важливо! Один з найпростіших прикладів закону: засвоєння цукрів у людському тілі. Переробка глюкозного розчину в нашому тілі відбувається за дуже складних органічних реакцій, розбитим на безліч органічних етапів. Однак енергія, що виділяється протягом всього розчинення, так чи інакше, така ж, як енергія простого згоряння глюкози.

Спробуємо висловити закон Гесса в математичній формі. Для цього представимо собі, деяку реакцію між речовинами А1, А2, А3 і т. д. Це можуть будь-які речовини –вода, вуглекислий газ, кислоти, луги і т. д. Сама реакція також може бути будь – окислення, відновлення, дегідратація та ін. Наша задача за допомогою ряду речовин А1, А2 і т. д. отримати речовини В1, В2 і т. д. Наприклад, реакція окиснення, в якій окислювачем є іон водню:

.

У цій реакції вихідні речовини: залізо і соляна кислота є прикладами наших гіпотетичних А1, А2, а кінцевими речовинами є хлорид заліза і водень – приклад В1, В2.

Природно, це не єдина реакція за допомогою якої можна отримати і водень. Наприклад, можна отримати за допомогою міді:

.

Таким чином, можна стверджувати, що є безліч різних способів з речовин А1, А2 отримувати речовини В1, В2. При цьому під час реакцій буде виділятися певна кількість теплоти, яку ми будемо позначати .

Наприклад, якщо реакція проходить простим традиційним шляхом в один крок, то виділяється теплота. Якщо можна провести реакцію іншим шляхом (теж в один крок), то виходить вже інша кількість теплоти ; якщо, наприклад, реакція проходить в два етапи, спочатку виділяється теплота , а потім , але в сумі виходить .

Враховуючи ці позначення, в математичному вигляді закон Гесса уявити досить легко. Якщо в результаті реакції виділяється енергія але різними шляхами виділялися теплові ефекти , , , при цьому ця ж реакція може протікати ще двома шляхами з виділенням ефектів , , то формула закону Гесса буде виглядати так:

.

Завдяки цьому термохимическому твердженням є можливість чисельно витягувати і розраховувати енергію термодинамічних явищ, яку експериментальними способами отримувати вкрай складно і енергозатратно. Іншими словами, знаючи чисельної значення внутрішньої енергії у вже перевіреної реакції, є можливим обчислити тепловий ефект в більш складному процесі.