헤스의 법칙이란?

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Hess의 법칙은 스위스 화학자 Hermain Hess에 의해 명시되었으며 엔탈피가 상태 함수라는 사실을 강조합니다. 이 법의 내용은 다음과 같습니다.

« 일련 의 반응물이 생성물로 전환되는 화학 반응의 엔탈피 변화(ΔH)는 공정이 단일 단계로 수행되든 일련의 연속 단계로 수행되든 상관없이 동일합니다 ».

다른 말로 하면, 반응의 엔탈피 변화는 반응물에서 생성물로의 경로와 무관합니다. 이것은 엔탈피(ΔH가 아닌 H )가 상태 함수라는 사실의 결과입니다 . 이것은 그 값이 시스템이 어떻게 도달했는지가 아니라 시스템의 현재 상태에만 의존한다는 것을 의미합니다.

Hess의 법칙은 열화학의 기본 법칙 중 하나를 나타내며 가장 자연적인 상태의 원소 물질에 해당하는 특정 기준 상태의 다양한 화학 물질의 엔탈피 측정에 대한 상대적 척도를 설정할 수 있습니다. 나중에 볼 수 있습니다.

헤스의 법칙의 설명

ΔH는 생성물의 엔탈피와 반응물의 엔탈피 사이의 차이로 주어지고 이러한 각 엔탈피는 각각의 화학 물질이 발견되는 상태에만 의존하기 때문에; 그러면 두 엔탈피의 차이도 변환이 수행되는 방식과 무관합니다.

이 개념을 간단한 방법으로 이해할 수 있게 해주는 많은 비유가 있습니다. 예를 들어 저축 계좌의 잔액으로 물질의 엔탈피를 살펴봅니다. 화학 반응이 일어나기 전에는 반응물에 균형(또는 엔탈피)이 있고 반응이 일어난 후에 균형이 있을 것입니다. 두 잔고의 차이는 입금 또는 인출 횟수와 무관합니다. 한 번의 입금을 할 수도 있고, 여러 번의 입금과 출금을 할 수도 있지만 일단 제품에 도착하고 최종 잔액을 받으면 어떻게 도착했는지에 상관없이 동일합니다. 모든 경우에 동일한 초기 상태에서 시작하므로 밸런스 변경(ΔH)은 항상 동일합니다.

헤스의 법칙의 응용

Hess의 법칙의 가장 중요한 적용은 다른 간단한 화학 반응 의 조합을 통해 간접적으로 거의 모든 반응의 반응 엔탈피를 알 수 있다는 것입니다 . 여기에는 특히 중요한 두 가지 예가 있습니다.

생성 엔탈피에서 반응 엔탈피 결정

자연의 모든 순수한 물질은 하나 이상의 화학 원소의 원자로 구성됩니다. 따라서 표준 온도 및 압력 조건 하에서 가장 안정적인 자연 상태에서 원소로부터 순수한 물질이 형성되는 반응에 대한 방정식을 항상 작성할 수 있습니다 .

이러한 유형의 화학 반응을 형성 반응이라고 합니다. 형성 반응 의 몇 가지 예는 다음과 같습니다.

  • 액체 물의 형성 반응:
형성 반응과 헤스의 법칙

  • 기체 오존 형성 반응:
형성 반응과 헤스의 법칙

  • 산화철 형성 반응:
형성 반응과 헤스의 법칙

형성 반응이 정의되는 방식 때문에 상상할 수 있는 다른 모든 화학 반응은 형성 반응의 조합으로 기록될 수 있습니다. 일부는 앞으로 가고 다른 일부는 역방향으로 이동합니다. Hess의 법칙 덕분에 반응의 반응물을 단일 단계에서 제품으로 직접 변환하는 엔탈피 변화는 이러한 모든 형성 반응의 엔탈피와 동일하다고 말할 수 있으며 이는 다음 방정식으로 요약됩니다.

형성 반응과 헤스의 법칙

방정식 에서 ν는 균형 화학 반응식의 화학양론적 계수를 나타냅니다.

격자 에너지의 Born-Haber 주기

Born-Haber 주기는 Hess의 법칙을 적용한 또 다른 전형적인 예입니다. 이 경우, 융합, 기화, 결합 해리와 같은 과정의 엔탈피뿐만 아니라 형성 엔탈피, 이온화 ​​에너지 및 전자 친화도와 같은 기타 반응 열이 화합물의 격자 에너지를 결정하는 데 사용됩니다. 이것은 결정 이온 고체가 기체 상태의 이온으로 분리되는 과정의 엔탈피에 해당합니다.

Hess의 법칙 덕분에 단일 단계에서 직접 반응의 엔탈피 변화가 같은 단계에서 발생하는 다른 일련의 반응 엔탈피의 합과 같다는 사실을 사용하여 이 에너지를 간접적으로 결정할 수 있습니다. 상태를 동일한 최종 상태로 만듭니다.

참조

Atkins, P., & dePaula, J. (2014). Atkins의 물리화학 (개정판.). 영국 옥스포드: Oxford University Press.

장로리(2008). 물리화학 (제3판). 뉴욕주 뉴욕시: McGraw Hill.

장, 알., 만조, 아. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). 화학 (10판). 뉴욕주 뉴욕시: MCGRAW-HILL.

수아레즈, T., 폰탈, B., 메이예스, M., 벨란디, F., 콘트레라스, R., 로메로, I. (2005). 열화학의 원리. http://www.saber.ula.ve/ 에서 가져옴

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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