Hess lag

Vi kan mäta entalpiförändringar eller beräkna dem med hjälp av bindningsentalpi eller bildningsvärme. På denna sida lär vi oss att beräkna reaktionsentalpin på basen av andra reaktioners entalpiförändringar.

Kom ihåg att entalpiförändringen ΔH är beroende av

1. Temperatur och tryck. Reaktionsentalpier kan jämföras bara då de gäller för samma referenstillstånd.

2. Mängden utgångsämnen och produkter. Vanligtvis gäller entalpiförändringen substansmängder som motsvarar koefficienterna i reaktionslikheten.

3. Aggregationstillstånden hos utgångsämnen och produkter.

Hess lag

Utgångsämnens entalpi och produkternas entalpi förblir samma oberoende av hur hög aktiveringsenergi reaktionen har och hur många mellanprodukter bildas före de slutliga produkterna formas. Enligt Hess lag är entalpiförändringen från utgångsämnen till produkter oberoende av vilka delreaktioner som sker.

Exempel 1: kolets förbränningsentalpi

Koldioxidens bildningsentalpi gäller för kolets förbränningsreaktion.

C(s) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH_f^o = –393,5 kJ/mol

Kolets förbränning kan också ges i två steg så att kol först förbränns till kolmonoxid och därefter förbränns kolmonoxid till koldioxid.

C(s) + ½ O₂(g) → CO(g), ΔH₁ = –110,5 kJ/mol

CO(g) + ½ O₂(g) → CO₂(g), ΔH₂ = –283 kJ/mol

Exempel 2: Beräkna reaktionsentalpin

Vi känner till reaktionsentalpierna för följande tre reaktioner:

(1) C(s) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH_r = −393,5 kJ/mol

(2) S(s) + O₂(g) → SO₂(g), ΔH_r = −296,8 kJ/mol

(3) C(s) + 2S(s) → CS₂(l), ΔH_r = +87,9 kJ/mol

Beräkna reaktionsentalpin för CS₂(l) + 3O₂(g) → CO₂(g) + 2 SO₂(g).

Lösning

Vi vill ha ett mol koldioxid, så vi använder reaktion (1) som den är. Vi multiplicerar reaktion (2) för att få rätt koefficient för svaveldioxid som produkt. Då vi multiplicerar reaktionen skall också reaktionsentalpin multipliceras.

(1) C(s) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH_r = −393,5 kJ/mol

(2) 2 S(s) + 2 O₂(g) → 2 SO₂(g), ΔH_r = 2 · (−296,8 kJ/mol) = −593,6 kJ/mol

I den tredje reaktionen har vi CS₂(l) som produkt, men behöver i våra uträkningar ha den som utgångsämne. Då vi vänder på reaktionslikheten ändrar reaktionsentalpins tecken.

(3) CS₂(l) → C(s) + 2S(s), ΔH_r = −87,9 kJ/mol

Vi adderar de tre modifierade reaktionslikheterna för att få en totalreaktion. Utgångsämnen i alla reaktioner blir utgångsämnen i totarlreaktionen och produkterna i de olika produkterna skrivs som totalreaktionens produkter. Kom också ihåg att addera reaktionsentalpierna.

C(s) + O₂(g) + 2 S(s) + 2 O₂(g) + CS₂(l) → CO₂(g) + 2 SO₂(g) + C(s) + 2S(s), ΔH_r = −393,5 kJ/mol + (−593,6 kJ/mol) + (−87,9 kJ/mol)

Vi plockar bort ämnen som finns på både högra och vänstra sidan av reaktionspilen:

O₂(g) + 2 O₂(g) + CS₂(l) → CO₂(g) + 2 SO₂(g), ΔH_r = −393,5 kJ/mol + (−593,6 kJ/mol) + (−87,9 kJ/mol) = −1075 kJ/mol

Vi skriver ännu om syreatomerna så de alla ingår i samma koefficient i reaktionslikheten:

CS₂(l) + 3 O₂(g) → CO₂(g) + 2 SO₂(g), ΔH_r = −1075 kJ/mol

Svar: Reaktionsentalpin är ΔH_r = −1075 kJ/mol

Katalysatorns inverkan på en reaktion

Katalysatorer försnabbar en kemisk reaktion utan att förbrukas under reaktionen. Katalysatorn kan vara t.ex. ett enzym, en syra eller en metallskiva och är egentligen bara beroende av vad som råkar försnabba reaktionen som undersöks. En katalysator påskyndar reaktionen genom att ge reaktionen en annan rutt via en eller flera mellanprodukter. Det bildas alltså ett eller flera aktiverade komplex. Ifall vi ser på energiprofilen för reaktionen kommer aktiveringsenergin att sjunka, men själva entalpiförändringen under reaktionen förblir samma.