A Lei de Hess é fundamental no estudo da Termoquímica. A lei é um mecanismo de cálculo da variação de entalpia de um processo químico por meio do somatório das entalpias de reação de etapas intermediárias do processo. Não importa a quantidade de etapas realizadas no processo químico, pois, sendo o estágio inicial e o final os mesmos, a variação de entalpia também é a mesma.
Assim sendo, se uma reação química, com os mesmos reagentes e produtos, ocorrer por meio de duas etapas ou cinco etapas, a variação de entalpia será a mesma, pois essa variação depende apenas do estado inicial e do estado final da reação química.
Imagine que queremos descobrir a entalpia de uma reação difícil de ser realizada diretamente no laboratório. Com a Lei de Hess, podemos usar reações mais simples, cujas variações de entalpia já conhecemos, para calcular a entalpia da reação desejada. Isso é possível porque, segundo a Lei de Hess, a entalpia de um processo químico depende apenas dos estados inicial e final, não do caminho percorrido.
Na prática, essa lei nos ajuda a entender e calcular a energia envolvida em reações que exigem condições extremas de temperatura e pressão ou que simplesmente não podem ser realizadas no laboratório. Para isso, tratamos as reações químicas como equações matemáticas. Podemos:
Inverter uma reação: Quando fazemos isso, também invertendo o sinal do ΔH.
Multiplicar ou dividir uma reação: Ajustando o ΔH proporcionalmente.
Por exemplo, se uma reação for invertida, o ΔH muda de sinal. Se a equação for multiplicada por um número, o ΔH é multiplicado pelo mesmo número.
A Lei de Hess foi formulada em 1840 pelo químico russo Germain Henry Hess. Hess, que nasceu na Suíça mas viveu na Rússia, estudou medicina antes de se tornar professor de química no Instituto Tecnológico de São Petersburgo. Sua lei ajudou a estabelecer os princípios da conservação de energia na termoquímica, influenciando futuros cientistas como o físico americano Josiah Willard Gibbs.
(Mackenzie/2022) De acordo com a Lei de Hess, “A variação de entalpia (ΔH) em uma reação química depende apenas dos estados inicial e final da reação, independentemente do número de reações.” Desse modo, a partir das equações termoquímicas fornecidas abaixo e aplicando os princípios dessa lei, o valor da entalpia-padrão de combustão do etanol, dada pela seguinte reação química:
C2H6O (l) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 3 H2O (l)
é da ordem de:
C(graf) + O2 (g) → CO2 (g) ΔH = − 394 kJ
H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l) ΔH = − 286 kJ
2 C(graf) + 3 H2 (g) + ½ O2 (g) → C2H6O (l) ΔH= − 278 kJ
Dessa forma, deve-se utilizar as equações fornecidas para criar um mecanismo/rota reacional até a combustão do etanol. Assim sendo, pensando-se na primeira reação, vê-se que o CO2 (g) já está do lado dos produtos, porém na quantidade errada. Por isso, multiplica-se a primeira equação por 2.
2 C(graf) + 2 O2 (g) → 2 CO2 (g) ΔH = − 788 kJ
Na segunda equação química, a água também se apresenta como produto, mas está na quantidade indevida. Por isso, multiplica-se a segunda equação por 3.
3 H2 (g) + 3/2 O2 (g) → 3 H2O (l) ΔH = − 858 kJ
Por fim, a última equação possui o etanol na quantidade correta, mas como produto. Como na combustão ele se apresenta como um reagente, inverteremos a última equação:
C2H6O (l) → 2 C(graf) + 3 H2 (g) + ½ O2 (g) ΔH = + 278 kJ
Agora iremos somar as três reações. Caso tenhamos feito os ajustes adequados, chegaremos à reação de combustão do etanol e assim validaremos a nossa rota reacional proposta:
A Lei de Hess também pode ser visualizada através de diagramas de energia:
O diagrama acima mostra os níveis de entalpia. Nesse caso, as reações sofridas são endotérmicas, ou seja, há absorção de energia.
ΔH1 é a variação de entalpia que acontece de A para B. Suponhamos que ela seja 122 kj.
ΔH2 é a variação de entalpia que acontece de B para C. Suponhamos que ela seja 224 kj.
ΔH3 é a variação de entalpia que acontece de A para C.
Assim, nos importa saber o valor de ΔH3, pois corresponde à variação de entalpia da reação de A para C.
Podemos descobrir o valor de ΔH3, a partir da soma da entalpia em cada uma das reações:
ΔH3 = ΔH1 + ΔH2
ΔH3 = 122 kj + 224 kj
ΔH3 = 346 kj
O que é: Um método para calcular a entalpia total de um processo químico usando entalpias de reações intermediárias.
Importância: Permite determinar variações de entalpia em reações complexas ou impossíveis de serem realizadas diretamente.
Como usar: Trate as reações químicas como equações matemáticas, podendo inverter, multiplicar ou dividir as equações e seus ΔHs. Então, lembre-se de que, quando invertemos uma equação termoquímica, temos que inverter também o sinal do ΔH, quando multiplicarmos uma equação, temos que multiplicar também o valor do ΔH.
Histórico: Desenvolvida por Germain Henry Hess em 1840, fundamental para o desenvolvimento da termoquímica.
Compreender a Lei de Hess é essencial para quem estuda química, pois facilita o cálculo da energia envolvida nas reações e amplia nosso entendimento sobre como essas reações ocorrem.