Lei de Hess: o que é e fundamentos

A Lei de Hess foi proposta pelo químico e médico suíço Germain Henri Hess no ano de 1840. Trata-se de um conteúdo recorrente nas provas do Enem e de diversos vestibulares. Continue lendo para conhecer melhor a sua conceituação e os seus fundamentos. 

O que á a Lei de Hess?

Germain Henri Hess, químico e médico, se dedicou a estudar a energia na forma de calor nas reações de neutralização de ácidos e bases. Ao longo desse trabalho de pesquisa ele concluiu que a soma das energias desse tipo de reação era sempre constante. Tendo por base esses estudos, propôs o que viria a ser chamada de Lei de Hess, cujo enunciado diz que:

“Em uma reação química, realizada dentro de certas condições experimentais, a variação da entalpia depende somente da entalpia inicial e final dos produtos. Isso independe de a reação ser realizada em uma etapa única ou em uma série de etapas.”. 

Então, o cálculo do ∆H de uma reação não tem relação com a quantidade de etapas ou com o tipo de reação. A fórmula utilizada para resolver essa questão é a seguinte: 

∆H = Hf - Hi

Quando não podemos calcular o ∆H de uma reação química podemos fazer a sua determinação por meio da soma dos ∆Hs das etapas constituintes da reação: 

∆H = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3...

Uma vez que esse cálculo leva em consideração apenas valores inicial e final, chegamos à conclusão de que a energia intermediária não possui influência sobre a variação. Trata-se de um caso particular do Princípio de Conservação de Energia (Primeira Lei da Termodinâmica). 

Que tal um exemplo?

Para que você possa entender melhor o que é a Lei de Hess e a sua aplicação, vamos apresentar como exemplo a transformação do carbono grafite em carbono diamante (C(g) → C(d)).

A seguir você pode conferir quais são as etapas para determinar o ∆H desse processo: 

C(g) + O2(g) → CO2(g)  ∆H = -94 Kcal

CO2(g) → C(d) + O2(g) ∆H = +94,5 Kcal

Nesse exemplo podemos identificar compostos repetidos (CO2 e O2) em ambas as equações, no entanto, em áreas diferentes (produtos ou reagentes). É por esse motivo que esses compostos são eliminados. Então, só é necessário realizar a soma dos ∆Hs que temos. Os compostos repetidos se encontram nos dois lados da equação. 

∆H = ∆H1 + ∆H2

∆H = -94 + 94,5

∆H = 0,5 Kcal

Fundamentos da Lei de Hess 

O cálculo da variação de entalpia de uma reação demanda o entendimento de que é a reação final que irá ditar o cálculo. É fundamental que todas as etapas sejam trabalhadas de forma que estejam alinhadas com a reação final. Isso se torna mais claro observando o exemplo abaixo, em que se tem a seguinte reação final: 

Reação global: X + Y → Z

Nesse exemplo as etapas fornecidas são as seguintes: 

Etapa 1: X + D → W + E

Etapa 2: Z + D → F + E

Etapa 3: F → Y + W

Esses dados demonstram que a etapa 2 e a etapa 3 não estão de acordo com a reação final. Na etapa 2 o Z aparece como reagente, já na etapa 3 o Y aparece como produto. Dessa forma, essas etapas precisam ser “tratadas” de forma que estejam de acordo com a reação final ou global. Continue lendo para entender qual é o “tratamento” mencionado. 

Lei de Hess: possíveis trabalhos com as etapas de uma reação

Inversão da equação 

Esse tratamento consiste em inverter a equação, de maneira que os reagentes se tornem produtos e os produtos, por sua vez, se tornem reagentes. Esse tratamento objetiva igualar a posição dos participantes. Isso nos permitirá ter, então, o valor do ∆H com o sinal invertido. Nesse exemplo ficou evidente que as etapas 2 e 3 precisam ser invertidas: 

Reação global: X + Y → Z

Etapa 1: X + D → W + E

Etapa 2: Z + D → F + E

Etapa 3: F → Y + W

Multiplicação da equação

O objetivo é igualar o número de participantes, isso é feito através da multiplicação da equação por qualquer valor numérico. Isso fará com que o valor do ∆H seja então multiplicado.

Confira o exemplo abaixo, nele constatamos que é necessário multiplicar a etapa 2 por 2 para ter a quantidade igual de participantes B e C em comparação a equação global. 

Reação global: A + 2B → 2C

Etapa 1: A + 2D → 2Z

Etapa 2: Z + B → C + D

Divisão de toda a equação

As equações podem ser divididas por qualquer valor numérico para que a quantidade de participantes seja igualada. Também é possível dividir o valor de ∆H. A seguir você poderá conferir um exemplo em que a etapa 2 deverá ser dividida por 2 para que fique igualada a quantidade de participantes F e C em relação à reação global. 

Reação global: W + F → 2C

Etapa 1: W + 2D → 2Z

Etapa 2: 4Z + 2F → 4C + 4D

Importante

As ações apresentadas acima somente são possíveis porque a Lei de Hess é calculada como uma equação matemática. 

Essa é a Lei de Hess e seus fundamentos. Para conferir mais conteúdos como este, navegue pelo blog do Hexag!