Was ist das Hesssche Gesetz?

Das Hesssche Gesetz wurde vom Schweizer Chemiker Hermain Hess aufgestellt und unterstreicht die Tatsache, dass die Enthalpie eine Zustandsfunktion ist. Die Aussage dieses Gesetzes lautet:

„ Die Enthalpieänderung (ΔH) einer chemischen Reaktion, bei der eine Reihe von Reaktanten in Produkte umgewandelt wird, ist gleich, unabhängig davon, ob der Prozess in einem einzigen Schritt oder in einer Reihe aufeinanderfolgender Schritte durchgeführt wird “.

Anders ausgedrückt, die Enthalpieänderung einer Reaktion ist unabhängig vom Weg von den Edukten zu den Produkten. Dies ist eine Folge der Tatsache, dass die Enthalpie ( H , nicht ΔH) eine Zustandsfunktion ist. Das bedeutet, dass sein Wert ausschließlich vom aktuellen Zustand eines Systems abhängt und nicht davon, wie das System dorthin gelangt ist.

Das Hesssche Gesetz stellt eines der Grundgesetze der Thermochemie dar und erlaubt die Aufstellung einer relativen Messskala der Enthalpie verschiedener chemischer Substanzen aus bestimmten Bezugszuständen, die elementaren Substanzen in ihren natürlichsten Zuständen entsprechen, die unter Standardbedingungen stabil sind, wie sie werden später gesehen werden.

Erklärung des Hessschen Gesetzes

Da ΔH durch die Differenz zwischen der Enthalpie der Produkte und der der Reaktanten gegeben ist, und jede dieser Enthalpien nur von dem Zustand abhängen wird, in dem sich die jeweiligen chemischen Substanzen befinden; dann ist die Differenz zwischen beiden Enthalpien auch unabhängig davon, wie die Transformation durchgeführt wird.

Es gibt viele Analogien, die es uns ermöglichen, dieses Konzept auf einfache Weise zu verstehen. Ein Beispiel ist die Betrachtung der Enthalpie eines Stoffes als Guthaben auf einem Sparkonto. Es gibt ein Gleichgewicht (oder eine Enthalpie) in den Reaktanten, bevor die chemische Reaktion stattfindet, und es wird ein Gleichgewicht geben, nachdem die Reaktion stattgefunden hat. Die Differenz zwischen den beiden Salden ist unabhängig davon, wie viele Ein- oder Auszahlungen getätigt wurden. Sie hätten eine einzelne Einzahlung oder mehrere Ein- und Auszahlungen vornehmen können, aber sobald Sie zu den Produkten kommen und den endgültigen Saldo erhalten, ist es immer gleich, egal wie Sie dorthin gekommen sind. Da wir in allen Fällen vom gleichen Anfangszustand ausgehen, wird die Gleichgewichtsänderung (ΔH) immer gleich sein.

Anwendungen des Hessschen Gesetzes

Die wichtigste Anwendung des Hessschen Gesetzes besteht darin, dass es uns ermöglicht, die Reaktionsenthalpien praktisch jeder Reaktion indirekt durch die Kombination anderer, einfacherer chemischer Reaktionen zu kennen. Dafür gibt es zwei besonders wichtige Beispiele:

Bestimmung von Reaktionsenthalpien aus Bildungsenthalpien

Alle reinen Substanzen in der Natur bestehen aus Atomen eines oder mehrerer chemischer Elemente. Daher können wir immer eine Gleichung für die Reaktion aufstellen, bei der ein reiner Stoff aus seinen Elementen in ihrem stabilsten natürlichen Zustand unter Standardbedingungen von Temperatur und Druck entsteht .

Diese Arten von chemischen Reaktionen werden Formationsreaktionen genannt. Einige Beispiele für Bildungsreaktionen sind :

• Bildungsreaktion von flüssigem Wasser:

• Gasförmige Ozonbildungsreaktion:

• Eisenoxidbildungsreaktion:

Aufgrund der Definition von Bildungsreaktionen kann jede andere denkbare chemische Reaktion als Kombination von Bildungsreaktionen geschrieben werden; einige gehen vorwärts und andere rückwärts. Dank des Hessschen Gesetzes können wir sagen, dass die Enthalpieänderung, um die Edukte einer Reaktion in einem einzigen Schritt direkt in die Produkte umzuwandeln, gleich der Enthalpie all dieser Bildungsreaktionen ist, was in der folgenden Gleichung zusammengefasst ist:

In dieser Gleichung repräsentiert ν den stöchiometrischen Koeffizienten der ausgeglichenen chemischen Gleichung.

Born-Haber-Zyklus der Gitterenergie

Der Born-Haber-Zyklus ist ein weiteres typisches Beispiel für die Anwendung des Hessschen Gesetzes. Dabei werden die Enthalpien von Prozessen wie Schmelzen, Verdampfen, Bindungsauflösung sowie weitere Reaktionswärme wie Bildungsenthalpien, Ionisationsenergien und Elektronenaffinitäten zur Bestimmung der Gitterenergie der Verbindungen herangezogen. Diese entspricht der Enthalpie des Prozesses, durch den ein kristalliner ionischer Feststoff im gasförmigen Zustand in seine Ionen zerlegt wird.

Dank des Hessschen Gesetzes können wir diese Energie indirekt bestimmen, indem wir die Tatsache nutzen, dass die Enthalpieänderung der direkten Reaktion in einer einzelnen Stufe gleich der Summe der Enthalpien aller anderen Reaktionen ist, die in derselben Stufe stattfinden Zustand in den gleichen Endzustand.

Verweise

Atkins, P., & dePaula, J. (2014). Atkins ‚Physical Chemistry (überarbeitete Ausgabe). Oxford, Vereinigtes Königreich: Oxford University Press.

Chang, R. (2008). Physikalische Chemie (3. Aufl.). New York City, New York: McGraw-Hügel.

Chang, R., Manzo, A. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Chemie (10. Aufl.). New York City, NY: MCGRAW-HÜGEL.

Suárez, T., Fontal, B., Meyes, M., Bellandi, F., Contreras, R., Romero, I. (2005). Prinzipien der Thermochemie. Abgerufen von http://www.saber.ula.ve/