CÁLCULOS TERMOQUÍMICOS APLICANDO LA LEY DE HESS
En 1840 Germain Henri Hess postuló su ley: “el calor liberado a presión o volumen constante en una reacción química dada es una constante independientemente del número de etapas en que se realiza el proceso químico.”
Es decir que si una serie de reactivos (por ej. A y B) reaccionan para dar una serie de productos (por ej. C y D), la cantidad de calor involucrado (liberado o absorbido), es siempre el mismo, independientemente de si la reacción se lleva a cabo en una, dos o más etapas; siempre y cuando, las condiciones de presión y temperatura de las diferentes etapas sean las mismas.
Una forma sencilla de comprender esto, es empleando el esquema siguiente, observa que el resultado final es lo mismo:
Una etapa
A + B
C + D
C + D
Dos etapas
A + B E + F
E + F
E + FC + D
C + D
A + BC + D
C + D
Tres etapas
A + B E + F
E + F
E + FG + H
G + H
G + H C + D
C + D
A + B C + D
C + D
Veamos un ejemplo:
1) Hallar el ∆H°r de la siguiente reacción:
C (s) (grafito) + ½ O2(g) → CO (g) ∆H°r = ?
Vamos a utilizar las reacciones termoquímicas que ya están establecidas en tablas específicas:
(1) C(s) (grafito) + O2 (g) → CO2 (g) ∆H°1 = -393,75 kJ/mol
(2) CO (g) + ½ O 2(g) → CO2(g) ∆H°2 = -282,98 kJ/mol
¿Qué podemos hacer con estas reacciones?
Vamos a invertir la reacción (2) para obtener la reacción (-2) que quedará:
(-2): CO2 (g) → CO (g) + ½ O2(g) ∆H°-2= 282,98 kJ/mol
(recuerda que cambia el signo)
Luego de acuerdo a la ley de Hess podemos sumar la reacción (1) y la reacción (-2)
(1) C (s) (grafito) + O 2(g) → CO2 (g)
(-2) CO2 (g) → CO (g) + ½ O2 (g)
Suma de las dos reacciones: C (s) (grafito) + O2 (g) + CO2 (g) → CO2 (g) + CO (g) + ½ O2 (g)
Analizando, hay especies en cantidades iguales a ambos lados como el CO2 (g) por lo que se pueden simplificar. Por otro lado hay 1 mol de O2 (g) a la izquierda y ½ mol de O2 (g) a la derecha por lo que balanceando queda ½ mol de O2 (g) a la izquierda.
La ecuación final será la que debíamos obtener, ve la reacción original:
C(s) (grafito) + ½ O2 (g) → CO (g)
¿Y el ∆H°r ?. Para su cálculo se procede de idéntica manera que la realizada arriba con las ecuaciones:
∆H°1 + ∆H°-2 = -393.5 kJ/mol + 282.8 kJ/mol = -110.77 Kj / mol
∆H°r = - 110.77 kJ / mol
Resuelve el siguiente problema:
Considera las siguientes reacciones:
CO + H2 --> CH2O ∆Hº = 89.18 Kj
CH3OH ---> CH2O + H2 ∆Hº = 228.18 Kj
2 CO ---> C + CO2 ∆Hº = -135.23 Kj
CO + 1/2 O2 ---> CO2 ∆Hº = -64.48 Kj
con estos datos calcula el calor de formación del CH3OH:
C + 2 H2 + 1/2 O2 ---> CH3OH
(respuesta ∆Hr = -247 Kj )
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