Hukum Hess dan Perubahan Entalpi

Dalam termokimia, perubahan entalpi menerangkan perbezaan entalpi antara keadaan akhir dan keadaan awal sesuatu proses. Hukum Hess menyatakan bahawa jika satu tindak balas keseluruhan boleh dibina sebagai jumlah beberapa tindak balas langkah demi langkah, perubahan entalpi keseluruhan sama dengan jumlah perubahan entalpi semua langkah itu.

Entalpi bergantung pada keadaan awal dan akhir

Asas Hukum Hess ialah sifat entalpi sebagai fungsi keadaan. Nilai perubahan entalpi tidak bergantung pada laluan tindak balas yang dibayangkan, asalkan reaktan awal dan produk akhir adalah sama serta keadaan fizikal bahan dinyatakan dengan betul. Oleh itu, laluan yang sukar diukur secara langsung boleh digantikan oleh gabungan tindak balas lain yang perubahan entalpinya diketahui.

Persamaan termokimia mesti diubah bersama nilai entalpi

Jika arah sesuatu persamaan tindak balas diterbalikkan, tanda perubahan entalpinya juga mesti diterbalikkan. Jika semua pekali stoikiometri didarab dengan suatu faktor, nilai perubahan entalpi turut didarab dengan faktor yang sama. Hukum Hess menggabungkan persamaan kimia secara algebra, bukan sekadar mencampurkan nombor tanpa mengira stoikiometri.

Contoh pengiraan: pembakaran karbon melalui dua laluan

Pembakaran lengkap grafit ialah C(s) + O₂(g) → CO₂(g) dengan ΔH = −393.5 kJ/mol. Laluan dua langkah ialah (1) C(s) + ½O₂(g) → CO(g), ΔH₁ = −110.5 kJ/mol, dan (2) CO(g) + ½O₂(g) → CO₂(g), ΔH₂ = −283.0 kJ/mol. Apabila persamaan (1) dan (2) dijumlahkan, CO dibatalkan dan hasilnya ialah C(s) + O₂(g) → CO₂(g). Maka ΔH = ΔH₁ + ΔH₂ = (−110.5) + (−283.0) = −393.5 kJ/mol, sepadan dengan laluan langsung. Nilai ini ialah nilai piawai pada kira-kira 25 °C.

Entalpi pembentukan menyediakan laluan pengiraan yang seragam

Apabila entalpi piawai pembentukan tersedia, perubahan entalpi tindak balas boleh diperoleh dengan menjumlahkan entalpi pembentukan semua produk mengikut pekali stoikiometri, kemudian menolak jumlah yang sepadan bagi semua reaktan. Dalam simbol, ΔH°(tindak balas) = Σ nΔH°f(produk) − Σ mΔH°f(reaktan), dengan n dan m ialah pekali stoikiometri. Kaedah ini ialah aplikasi Hukum Hess yang menggunakan unsur dalam keadaan piawai sebagai rujukan bersama.

Pengukuran dan pengiraan saling melengkapi

Kalorimetri boleh mengukur haba yang berkaitan dengan banyak proses, tetapi sesetengah tindak balas sukar diukur secara langsung. Data eksperimen daripada tindak balas yang lebih mudah boleh digabungkan melalui Hukum Hess untuk mendapatkan perubahan entalpi proses sasaran tanpa perlu mengukur proses itu secara langsung.

Sejarah ringkas

Germain Henri Hess, ahli kimia kelahiran Switzerland yang bekerja di Rusia, mengemukakan prinsip ini pada 1840 berdasarkan ukuran haba tindak balas. Hukum ini diterbitkan sebelum konsep entalpi dan tenaga tersimpan diperjelaskan dalam termodinamik moden, dan ia kemudian dilihat sebagai akibat sifat fungsi keadaan.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?