Hess' lov

Kemi A · STX · A-niveau · Termodynamik og kinetik

🧪 Hess' lov

Hess' lov (Germain Hess, 1840): den totale entalpiændring (ΔH) for en reaktion er INDEPENDENT af reaktionsvejen — den afhænger kun af start- og sluttilstand. Konsekvens af termodynamikkens 1. lov (energibevarelse).

Praktisk anvendelse: man kan beregne ΔH for reaktioner der er svære at måle direkte ved at "konstruere" reaktionen som en sum af kendte reaktioner.

Princip: hvis A → B kan skrives som A → C → B, så er ΔH(A→B) = ΔH(A→C) + ΔH(C→B).

Klassisk eksempel: bestem ΔH for C(s) + ½O₂(g) → CO(g). Direkte måling vanskelig (CO₂ dannes også). Men kender vi:

1. C + O₂ → CO₂, ΔH₁ = -393,5 kJ.

2. CO + ½O₂ → CO₂, ΔH₂ = -283,0 kJ. Bagværts (2): CO₂ → CO + ½O₂, ΔH = +283,0. Kombiner med (1): C + O₂ → CO₂ → CO + ½O₂. Netto: C + ½O₂ → CO. ΔH = -393,5 + 283,0 = -110,5 kJ/mol.

Standard-dannelsesentalpi (ΔH°_f): entalpiændringen ved dannelse af 1 mol af et stof fra grundstoffer i deres reference-tilstand ved 25°C, 1 atm. ΔH°_f af grundstoffer = 0 per definition. Tabelvarianter findes i Databogen.

Beregningsformel: ΔH°_reaktion = Σ ΔH°_f(produkter) - Σ ΔH°_f(reaktanter).

Eksempel — forbrænding af methan: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. ΔH = ΔH°_f(CO₂) + 2·ΔH°_f(H₂O) - ΔH°_f(CH₄) - 2·ΔH°_f(O₂) = -393,5 + 2·(-285,8) - (-74,8) - 0 = -890,3 kJ/mol.

Bond-energier: alternativ tilgang. ΔH ≈ Σ E_brudte_bindinger - Σ E_dannede_bindinger. Mindre præcis end ΔH°_f-metoden.

Bornhaber-cyklus: anvendelse af Hess' lov på ionforbindelsers dannelse — bestem gitter-energi.

Læringsmål

• Forklare Hess' lov: ΔH afhænger kun af start- og sluttilstand, ikke af reaktionsvejen
• Kombinere flere kendte reaktioner (med fortegn og koefficienter) til at finde ΔH for en ukendt reaktion
• Beregne ΔH°_reaktion ud fra standard dannelsesentalpier (ΔH°_f)
• Anvende bond-energier som alternativ metode til at estimere ΔH
• Beskrive Born-Haber-cyklussen som anvendelse af Hess' lov på iongitre

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar Hess lov med egne ord
• Brug Hess lov til at beregne reaktionsentalpien for en reaktion ud fra to andre kendte reaktioner
• Diskutér, hvorfor Hess lov er nyttig, når en reaktion ikke kan måles direkte

Eksperiment-forslag

• Genskab beregningen af ΔH for C(s) + ½O₂(g) → CO(g) ud fra de to kendte forbrændingsreaktioner.
• Beregn ΔH for forbrænding af methan ud fra ΔH°_f-tabelværdier, og kontrollér mod -890,3 kJ/mol.
• Sammenlign et resultat fra bond-energi-metoden med ΔH°_f-metoden for samme reaktion, og diskutér forskellen.
• Tegn en simpel Born-Haber-cyklus for NaCl.

Brobygning

Hess' lov bruges til at forstå hvorfor visse reaktioner er eksoterme/endoterme, hvilket undersøges nærmere i næste emne.