Lei de Hess

Qual é a definição da Lei de Hess? 

A Lei de Hess foi enunciada no ano de 1840 pelo cientista Germain Henri-Hess e pode ser definida da seguinte maneira:

“A variação de entalpia de uma reação é igual à soma das variações de entalpia das etapas que essa reação pode ser desmembrada, mesmo que esse desmembramento seja teórico”

De modo geral, isso quer dizer que tanto o calor liberado quanto o calor absorvido durante uma reação química é constante e não é relacionado ao número de etapas que a reação pode passar.

Em outras palavras, a Lei de Hess permite calcularmos a variação de entalpia das reações como se fossem equações matemáticas. Ao somarmos as equações, o ΔH da reação resultante dessa soma deverá ser igual à soma dos ΔHs das etapas somadas. Conhecer e saber aplicar a Lei de Hess fundamenta o estudo da Termoquímica.

No entanto, a variação de entalpia de um processo é dependente do estado inicial e final das substâncias. Com isso, o enunciado pode ser reformulado:

“A variação de entalpia de uma reação química depende apenas dos estados inicial e final da reação, não dependendo do número de reações.”

Lembrando que a entalpia é a energia envolvida nas reações químicas. 

Como se calcula a Lei de Hess? 

Matematicamente, a Lei de Hess pode ser calculada realizando a subtração do valor da entalpia inicial dos reagentes da reação da entalpia final do processo.

ΔH (variação de entalpia) = H_f (entalpia final) – H_i (entalpia inicial)

Mas o cálculo também pode ser feito somando-se as entalpias das reações intermediárias do processo, não dependendo do número nem dos tipos de reações envolvidas. 

ΔH (variação de entalpia) = H₁ (reação intermediária) + H₂ (reação intermediária)

Como a variação da entalpia pode ser calculada realizando-se manipulações matemáticas é preciso se atentar aos seguintes pontos:

1. Caso uma das reações químicas seja invertida, o sinal do ΔH também deverá ser invertido;
2. Caso realize a multiplicação de uma das reações, o ΔH também deverá ser multiplicado;
3. Se dividir uma equação, também deverá dividir o valor do ΔH dessa reação. 

O que é o diagrama de entalpia? 

A Lei de Hess pode ser visualizada de maneira mais facilitada por meio do uso de um diagrama de energia.

O diagrama de energia evidencia as entalpias relacionadas nas reações intermediárias da reação e também a energia total envolvida no sistema. 

Sabendo os valores do ΔH₁ e do ΔH₂ é possível determinar o ΔH₃ por meio da soma dessas energias. Como as setas dos processos 1 e 2 estão voltadas para cima, as reações são endotérmicas indicando então uma absorção de energia. 

Como é aplicada a Lei de Hess? 

A aplicação principal da Lei de Hess é permitir o cálculo da variação de entalpia de processos que apresentam muitas etapas ou que então seja difícil medir o ΔH da reação de modo direto. 

Para exemplificar melhor, considere a reação de combustão do carbono grafite formando monóxido de carbono:

C (graf.) + ½ O₂ (g) → CO (g)          ΔH = ?

Na prática, a ocorrência dessa reação é dificultada, uma vez que, uma parte do carbono pode queimar até ser transformado em CO₂, enquanto a outra parte pode permanecer sem queimar. Esse comportamento justifica a dificuldade em se encontrar o valor de ΔH da reação. 

No entanto, as reações de combustão do carbono formando dióxido de carbono e a combustão do monóxido de carbono também formando dióxido de carbono são reações mais fáceis de serem obtidas e com um valor de ΔH mais fácil de ser determinado. 

C (graf.) + O₂ (g) → CO₂ (g)          ΔH = -393,5 kJ

CO (g) + ½ O₂ (g) → CO₂ (g)          ΔH = -283,0 kJ

Analisando as reações apresentadas, podemos inverter a segunda equação e assim, precisamos mudar o sinal do ΔH também, já que o inverso de um processo endotérmico é um processo exotérmico e vice-versa. Assim, ao inverter essa reação, o valor do ΔH passa a ser +283 kJ.

CO₂ (g)  → CO (g) + ½ O₂ (g)           ΔH = +283,0 kJ

Agora, podemos somar a equação de combustão do grafite com essa equação.

1. C (graf.) + O₂ (g) → CO₂ (g)          ΔH₁ = -393,5 kJ
2. CO₂ (g)  → CO (g) + ½ O₂ (g)           ΔH₂ = +283,0 kJ

Os termos que estejam em comum nas duas reações mas em lados opostos da equação podem ser subtraídos. Se os termos em comum estivessem do mesmo lado, haveria a soma desses termos. 

Com as expressões I e II, temos o CO₂ e o O₂ em comum. O CO₂ em ambas as equações estão na proporção 1:1 e com isso, podem ser eliminados da reação global final. Já o O₂ está na proporção 1:½ e subtraindo, ainda restará ½ de O₂. 

Logo, o processo global resultante dessa soma é justamente aquele que queremos determinar o ΔH. 

C (graf.) + ½ O₂ (g) → CO (g)          ΔH = ΔH₁ + ΔH₂ = – 393,5 + 283,0 = -110,5 kJ

Com as manipulações matemáticas que a Lei de Hess permite que façamos, conseguimos calcular a entalpia de combustão do grafite.