Ley de Hess

La ley de Hess establece que el cambio integral  de entalpía de una reacción química es igual a   la suma de los cambios de entalpía de cada  paso en que se efectúe la reacción, y esto   es independiente de la trayectoria, es decir,  no importa la serie de reacciones o ecuaciones   químicas que se utilicen: si estas se suman y se  obtiene la reacción global, también es posible   sumar las entalpías de cada ecuación para calcular  la variación total de entalpía para la reacción. Como ejemplo, supongamos que estamos tratando  de determinar el cambio de entalpía para la   reacción en la cual el carbono (C) reacciona con  hidrógeno gaseoso (H) para formar C2H2, que es   acetileno. Para lograr esto, se pueden utilizar  las tres reacciones que aparecen a continuación. Nuestro enfoque consistirá en examinar  estas tres reacciones y compararlas con   la reacción global para determinar si se tiene  que realizar algún cambio en las ecuaciones. Por ejemplo, analizando la reacción 1, se  observa que hay un mol de acetileno (1 C2H2) en   el lado izquierdo de la ecuación; en el  caso de la reacción global, se tiene un   mol de acetileno (1C2H2) en el lado derecho.  Como resultado de la comparación entre ambas   ecuaciones, se tendría que invertir la ecuación  1 para que se parezca a la reacción global.   Para ahorrar tiempo, me he adelantado e invertido  la ecuación 1 y la he escrito aquí abajo,   como se puede ver. Al invertir la reacción  1, los productos ahora son reactantes,   y lo que eran los reactantes, ahora  se han convertido en productos. El cambio en la entalpía para  la ecuación 1 es negativo:  ∆H= -1299.6kJ/molrxn (menos mil doscientos  noventa y nueve punto seis kilojoules por   mol para esta reacción). El significado  de las unidades kilojoules por mol para la   reacción tiene que ver con cómo está  establecido el balance de reacción,   y ya que se ha invertido la ecuación 1, ocurre  lo mismo con el signo de delta H (∆H). Así,   el signo negativo de la entalpía se cambia por  un signo positivo para la reacción invertida.   También cancelaremos la primera ecuación para  no tener confusiones en el procedimiento. A continuación, analicemos la ecuación 2 para  compararla con la reacción global. En la ecuación   2, se tiene un mol de carbono (C) en estado sólido  en el lado de los reactantes; en la reacción   global, hay dos moles de carbono (2C) en el lado  de los reactantes también. En consecuencia, para   que la ecuación 2 se parezca a la reacción global,  multiplicaremos la ecuación 2 por un factor 2. Así que vamos a multiplicar toda la ecuación 2  por el factor 2. Nuevamente me he adelantado y   he escrito el resultado de la multiplicación.  Se obtendrían 2C+2O2 = 2CO2 (dos carbonos   más dos O2s, transformándose en dos CO2.) El cambio en la entalpía para la reacción   de formación de un mol de CO2 es ∆H =-393.5kJ/molrxn (menos   trescientos noventa y tres punto  cinco kilojoules por mol de reacción),   sin embargo ahora estamos considerando  la formación de dos moles de CO2,   por lo que también tenemos que multiplicar  el cambio en la entalpía por un factor de   2. Así que sigamos adelante y cancelemos  también la primera versión de la ecuación 2,   pues ahora solamente será útil la que representa  la formación de (2 CO2) dos moles de CO2. Con respecto a la ecuación 3, podemos observar  que hay un mol de hidrógeno gaseoso (H) en el lado   izquierdo, lo cual coincide con la reacción global  que también tiene un mol de gas hidrógeno (H) en   el lado izquierdo. Por esta razón, no necesitamos  cambiar nada a la ecuación 3 y en consecuencia   tampoco se modificará el cambio en la entalpía. Es  decir, el valor se mantendrá en ∆H=-285.8kJ/molrxn   (menos doscientos ochenta y cinco punto  ocho) kilojoules por mol para la reacción. Es momento de sumar todos los reactantes  y productos, así que tenemos la suma de   2CO2 + H2O + 2C + 2O2 + H2 + 1/2O2 (dos  CO2 más H2O más dos C más dos O2 más H2 más   un medio de O2) como reactantes,  todos escritos en esta ecuación,   y para los productos tenemos la suma —permítanme  cambiar los colores— de C2H2 + 5/2O2 + 2CO2 + H2O   (C2H2 más cinco medios de O2, más dos CO2 más  H2O), como se muestra también en la ecuación. Enseguida, vemos lo que podemos cancelar.  Hay 2 CO2 (dos CO2s) en el lado izquierdo   y hay 2 CO2 (dos CO2s) en el lado derecho, así  que se anulan. Hay un mol de H2O (agua) a la   izquierda y un mol de H2O (agua) a la derecha que  se cancelan y lo mismo ocurre con el O (oxígeno),   pues en el lado derecho se tienen 2 O2+1/2  O2 (2 O2s más un medio de O2), que es igual   a 2.50 O2 (dos punto cinco O2s) o 5/2 O2 (cinco  medios de O2s) y en el lado izquierdo 5/2 O2 (5   medios de O2). Solamente quedan 2C + H2 =  C2H2 (dos carbonos más un mol de H2 en el   lado de los reactantes, y un mol de C2H2)  como producto, como en la ecuación global. Como hemos podido sumar las tres  ecuaciones y obtener la ecuación global,   según la ley de Hess, también deberíamos  poder sumar los cambios en las entalpías   de estos pasos para obtener el cambio  en la entalpía de la reacción global. Analicemos los cambios en la entalpía  para las ecuaciones individuales:   ∆H= + 1299.6kJ/molrxn (más 1,299.6 kilojoules  por mol de reacción) para la primera ecuación,   como se muestra aquí arriba. Para la segunda  ecuación es ∆H = (-393.5 kJ/molrxn) 2 (menos   dos veces 393.5) lo que es igual a  -787.0 kJ/molrxn (menos setecientos   ochenta y siete punto cero kilojoules).  Y finalmente para la tercera ecuación,   en cuyo cambio en la entalpía no hubo variación  en absoluto, es -285.8 kJ/molrxn kilojoules. Cuando sumamos estas tres cantidades, como  se indica en la operación, se obtiene como   resultado -226.8 kJ/molrxn (menos doscientos  veinte seis punto ocho kilojoules por mol   para la reacción). En conclusión, para la  formación de un mol de acetileno (C2H2), a   partir de dos moles de carbono (2C) y un mol  de hidrógeno (H2), el cambio en la entalpía   calculado mediante la ley de Hess es  igual a ∆H = -226.8kJ/molrxn (menos   doscientos veintiseis punto ocho  kilojoules por mol de reacción).