Cómo aplicar la ley de Hess

La ley de Hess nos permite hallar la entalpía de una reacción «problema» a partir de otras reacciones que se nos proporcionan como datos. Se puede enunciar de la siguiente manera:

Si una serie de reactivos reaccionan para dar una serie de productos, el calor de reacción liberado o absorbido es independiente de si la reacción se lleva a cabo en una, dos o más etapas

Por lo tanto, si se puede llegar de unos reactivos a unos productos dados a partir de una sola reacción (la reacción «problema») o a partir de varias (las reacciones «dato»), la entalpía puesta en juego debe ser la misma. La ley de Hess se basa en que la entalpía es función de estado, y por lo tanto su valor no depende del camino seguido para llegar de unos reactivos dados a los correspondientes productos.

Las reglas del juego

Aplicar la ley de Hess consiste en modificar todas las reacciones que se nos presenten como dato, para que al sumar todas ellas nos quede la reacción a la que debemos llegar, que es aquella de la que hay que calcular su entalpía. Para ello, seguimos los siguientes pasos:

  1. IMPRESCINDIBLE: todas las reacciones deben estar debidamente ajustadas ANTES de empezar a hacer nada más.
  2. Si en una reacción «dato» una sustancia está como reactivo y en la reacción «problema» está como producto, hay que dar la vuelta a la reacción «dato». Su entalpía cambiará de signo.
  3. De igual manera, si en una reacción «dato» una sustancia está como producto y en la reacción «problema» está como reactivo, hay que dar la vuelta a la reacción «dato». Su entalpía también cambiará de signo.
  4. Los coeficientes estequiométricos deben ser los mismos en ambas reacciones: si en la reacción «problema» de un reactivo (o producto) hay 5 moles y en la reacción «dato» hay 1 mol de dicha sustancia, tendremos que multiplicar esta reacción por 5. Su entalpía también hay que multiplicarla por este número.
  5. Cuando ya hayamos acabado de transformar las reacciones «dato», hay que sumarlas, teniendo en cuenta que determinadas sustancias aparecen unas veces como reactivo y otras como producto, por lo que se eliminan totalmente (no queda nada de ellas a ningún lado de la reacción) o parcialmente (queda esta sustancia, en menor cantidad, sólo en un lado).
  6. Si sumando todas las reacciones «dato» obtenemos la reacción «problema», la entalpía de ésta será la suma de las entalpías de las reacciones «dato».

Un ejemplo

 

Se nos pide hallar la entalpía de la reacción Zn + \frac{1}{2} O_2 \rightarrow ZnO, a partir de las siguientes reacciones:

  • \not{H_2SO_4} + ZnO \rightarrow ZnSO_4 + H_2O (ΔH = -210 KJ/mol)
  • H_2SO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + H_2 (ΔH = -335 KJ/mol)
  • 2 H_2 + O_2 \rightarrow 2 H_2O (ΔH = -571 KJ/mol)

Si llamamos a cada reaccion, respectivamente A, B, C y D, tendremos que:

  1. Zn, en la reacción A, es un reactivo, y en C también (no hay que dar la vuelta a la reacción). Además, en A el coeficiente estequiométrico de Zn es 1, y en C también (no hay que multiplicar ni dividir la reacción C). Por lo tanto, dejamos C tal y como está.
    H_2SO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + H_2 (ΔH = -335 KJ/mol)
  2. O2, en la reacción A, es un reactivo, y en D también (no hay que dar la vuelta a la reacción). Sin embargo, en A el coeficiente estequiométrico de O es 1/2 y en D es 1, por lo que hay que dividir la reacción D entre 2. Su entalpía también irá dividida entre 2.
    H_2 + \frac{1}{2} O_2 \rightarrow H_2O (ΔH = -285,5 KJ/mol)
  3. ZnO, en la reacción A es un producto, y en la reacción B es un reactivo (hay que dar la vuelta a la reacción). En ambos casos, el coeficiente estequiométrico de ZnO es 1, por lo que no hay que multiplicar ni dividir. Por lo tanto, hay que dar la vuelta a la reacción B, y cambiar el signo de la entalpía.
    ZnSO_4 + H_2O \rightarrow H_2SO_4 + ZnO (ΔH = +210 KJ/mol)
  4. Sumamos todas las reacciones, y comprobamos que obtenemos la ecuación problema.
  • H2SO4 + Zn -> ZnSO4 + H2
  • H2 + 1/2 O2 -> H2O
  • ZnSO4 + H2O -> H2SO4 + ZnO

¿Porqué se tachan ciertas sustancias?

  • H2SO4 se encuentra como reactivo en la primera reacción y como producto en la segunda: se elimina.
  • ZnSO4 se encuentra como producto en la primera reacción y como reactivo en la tercera: se elimina.
  • H2 se encuentra como producto en la primera reacción y como reactivo en la segunda: se elimina.
  • H2O se encuentra como producto en la segunda reacción y como reactivo en la tercera: se elimina.

Las sustancias que no se eliminan son Zn y O2 (reactivos) y ZnO (producto), por lo que la reacción «suma» de las tres anteriores es igual a la reacción problema:

Zn + 1/2 O2 -> ZnO

Por lo que su entalpía será la suma de las entalpías de esas tres reacciones: ΔH = -335-285,5+210 = -410,5 KJ/mol

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