Usada para calcular a variação da entalpia de reações que não podem ser determinadas por meio de experimentos, a Lei de Hess é uma ferramenta muito poderosa para este fim. Mas como isso funciona?
A ideia é, para resolução, trabalhar com as equações fornecidas para que a sua soma algébrica determine a equação principal, tornando, dessa forma, possível calcular o ΔH.
Princípio de Conservação de Energia
Segundo o Princípio da Conservação da Energia, ela não pode nem ser criada nem destruída, mas apenas transformada. Vamos supor que ocorram as seguintes transformações:
Foto: Reprodução
Podemos observar que houve uma transformação do reagente A em um produto B. Isso pode se dar de duas formas distintas: a primeira, é direta e possui uma variação da entalpia GH1. Já a segunda forma, é em etapas. Para isso, do reagente A vai para o intermediário C com uma variação de entalpia igual a GH2 e, em seguida, para o produto B com o calor de reação igual a GH3.
Considerando, então, o Princípio de Conservação da Energia, temos que GH1 = GH2 + GH3.
Quando essa igualdade não puder ser verificada, há o ganho ou perda de energia, e isso vai contra o Princípio da Conservação. A Lei de Hess afirma que:
“A variação de entalpia de uma reação química depende apenas dos estados inicial e final do sistema, não importando as etapas intermediárias pelas quais a transformação química passou”.
Dessa forma, para simplificar, podemos dizer que se transformação acontecer em várias etapas, o ΔH da reação terá valor igual à soma das variações de entalpia das diversas etapas. Com isso, podemos ainda somar duas ou mais equações termoquímicas, mas o ΔH da equação resultante será igual à soma dos ΔH das equações adicionadas.
Cálculo da entalpia
A variação de entalpia nada mais é do que o balanço total de energia: quando um processo é intermediado por outros vários, todas as variações devem ser somadas, resultando em uma total. Confira abaixo a reação de síntese do metano.
C(grafite)+ 2H2(g) ↔ CH4(g) ΔH = – 17,82 kcal
Por meio do cálculo da variação entálpica, podemos determinar que essa reação é moderadamente exotérmica, mas não tão direta quanto parece. A síntese do metano pode ser usada como um exemplo de uma sucessão de reações químicas com variações de entalpia particulares.
C(grafite) + O2(g) ↔ CO2(g) ΔH = – 94,05kcal
H2(g) + ½ O2(g) ↔ H2O(l) ΔH = 68,32 kcal
CO2(g) + 2 H2O(l) ↔ CH4(g) + 2 O2(g) ΔH = +212,87
Quando multiplicamos a segunda equação por 2 para balancear as moléculas de água na soma de todas as equações, temos a reação final de grafite e hidrogênio gerando metano, conforme demonstrado abaixo:
C(grafite) + O2(g) ↔ CO2(g) ΔH = – 94,05kcal
(H2(g) + ½ O2(g) ↔ H2O(l) ΔH = – 68,32 kcal) . 2 +
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CO2(g) + 2 H2O(l) ↔ CH4(g) + 2 O2(g) ΔH = +212,87
Mesmo que a equação direta entre hidrogênio e carbono fosse possível, a variação entálpica seria a mesma da soma das variações das reações intermediárias. Mas atenção, a regra da matemática, aqui não deve ser aplicada. Observe que mesmo quando multiplicamos o – 68 kcal por 2, ele continua negativo.
A Lei de Hess
A Lei de Hess pode ser aplicada a qualquer sistema de equações quando o objetivo é definir o valor da variação de entalpia total. A lei, então, é enunciada da seguinte maneira:
“A variação entálpica de uma reação química depende apenas dos estágios inicial e final da mesma. Não importando, portanto, os processos intermediários.”
