Lei de HESS - Termoquímica

A lei de Hess, que é uma lei experimental, tem importância fundamental no estudo da Termoquímica e estabelece que: a variação de entalpia (quantidade de calor liberada ou absorvida) em uma reação química depende apenas dos estados inicial e final da reação.

Vamos explicar essa lei utilizando um exemplo simples. Para a transformação de C (grafite) " O_{2 (g)} em CO_{2 (g)}, podemos admitir dois caminhos diferentes, conforme mostra o esquema adiante:

# diretamente (primeiro caminho);

# ou através do CO _(g) (segundo caminho).

A essas duas alternativas correspondem os seguintes valores experimentais, para as variações de entalpia (supondo pressão e temperatura constantes):

Graficamente:

Generalizando, dizemos que “partindo-se sempre de um mesmo estado inicial e chegando-se sempre a um mesmo estado final, o ΔH será sempre o mesmo, quer a reação seja direta, quer ela se efetue em várias etapas” (ou, ainda, o ΔH independe do caminho percorrido durante a reação).

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Essa constatação serve para confirmar que cada estado tem uma entalpia ou conteúdo de calor (H) fixo e bem definido:

# no estado inicial: Hinicial tem valor fixo;

# no estado final: Hfinal também possui valor fixo.

Em outras palavras, a entalpia é função de estado. Consequentemente, o valor de ΔH (ΔH = H_final  - H_inicial) será também fixo e bem definido, não dependendo das etapas ou estados intermediários. Por esse motivo, a lei de Hess é também chamada lei dos estados inicial e final.

Embora tenha surgido independentemente, a lei de Hess pode ser considerada, Atualmente, como uma simples consequência do princípio da conservação de energia ou do primeiro princípio da termodinâmica.

Consequências da lei de Hess

1# As equações termoquímicas podem ser somadas como se fossem equações matemáticas

Retomando o exemplo anterior, temos:

Daí a lei de Hess ser também chamada de lei da soma dos calores de reação.

Essa técnica de somar equações é muito útil, pois permite calcular o ΔH de certas reações cuja execução experimental é muito difícil e, às vezes, impossível.

2# Invertendo uma equação termoquímica, devemos trocar o sinal de ΔH

Esse fato deve forçosamente acontecer porque, somando uma equação à sua inversa, o resultado final deve ser zero. Por exemplo:

Em outras palavras, isso representa a conservação de energia entre os estados inicial e final:

3# Multiplicando (ou dividindo) uma equação termoquímica por um número diferente de zero, o valor de ΔH será também multiplicado (ou dividido) por esse número

Basta imaginar a equação somada a si própria várias vezes.

Enfim, como podemos observar, as equações termoquímicas podem sofrer tratamentos matemáticos como adições, subtrações, multiplicações, divisões, inversões, etc., desde que esses tratamentos sejam feitos também com os valores de ΔH.

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Observação: é importante lembrar que as variações de entalpia das reações podem ser calculadas por três caminhos:

@ a partir das entalpias de formação das substâncias que participam da reação;

@ a partir das energias de ligação existentes nas moléculas das substâncias que participam da reação;

@ pela lei de Hess, somando algebricamente várias equações com variações de entalpia já conhecidas, de modo a obter a equação (e a variação de entalpia) desejada.

Texto adaptado de Feltre, Ricardo. Química. 6. ed. Moderna, São Paulo: 2004.