Wet van Hess

Aangezien enthalpie een toestandsgrootheid is, is de enthalpieverandering ΔH tussen toestand 1 en toestand 2 onafhankelijk van de weg die wordt bewandeld om van toestand 1 in toestand 2 te komen. Dit betekent ook dat een reactie kan worden opgeknipt in deelreacties en dat de som van de Δ_rH's van de deelreacties gelijk is aan de Δ_rH van de gehele reactie. Dit wordt de wet van Hess genoemd.

Bijvoorbeeld voor de enthalpieverandering van de verbranding van methaan geldt dat deze gelijk is aan 50 MJ/kg. Dit geldt zowel wanneer de weg wordt gevolgd van de reactie:

(1) CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

als voor de weg via deelreacties waarbij methaan eerst wordt omgezet in koolmonoxide (CO) en waterstof H₂ en waarna de koolmonoxide en waterstof alsnog verbranden tot CO₂ en H₂O:

(2) CH₄ + 1/2 O₂ → CO + 2 H₂

(3a) CO + 1/2 O₂ → CO₂

(3b) 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

Volgens de wet van Hess geldt:

Δ_rH₍₁₎ = Δ_rH₍₂₎ + Δ_rH_(3a) + Δ_rH_(3b)

De wet van Hess is bijzonder handig voor het rekenenen met reactie-enthalpieën. Volgens deze wet kan elke reactie immers worden opgesplitst in deelreacties en kunnen deelreacties worden gecombineerd tot totaalreacties. Op deze manier kunnen dus ontbrekende gegevens van reacties berekend worden. Hierbij zijn twee dingen van belang:
• als de richting van een reactie wordt omgekeerd, verandert het teken van de enthalpieverandering.
• de grootte van Δ_rH is afhankelijk van de hoeveelheid reactanten en producten. In tabellenboeken wordt daarom altijd de reactie-enthalpie per mol gegeven en wordt aangegeven op welke reactant de reactie-enthalpie betrekking heeft (bijvoorbeeld per mol methaan).

Toepassingsvoorbeeld

Gevraagd wordt de enthalpieverandering veroorzaakt door onderstaande reactie:

(1) 2 CH₄ → C₂H₆ + H₂

Bekend is dat de Δ_rH van de verbranding van methaan tot CO₂ en vloeibaar water (de HHV) ongeveer -891 kJ/mol methaan bedraagt (ca. 55 MJ warmte per kilogram methaan). Als nu ook de Δ_rH van de verbranding van waterstof en ethaan (C₂H₆) bekend zijn, is de gevraagde Δ_rH als volgt te berekenen op basis van onderstaande deelreacties:

(2) CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

(3) H₂O → H₂ + 1/2 O₂

(4) 2 CO₂ + 3 H₂O → C₂H₆ + 3 1/2 O₂

Uit toepassen van de wet van Hess volgt:

Δ_rH₍₁₎ = 2 · Δ_rH₍₂₎ + Δ_rH₍₃₎ + Δ_rH₍₄₎

Let hierbij op dat:
• Δ_rH₍₂₎ = Δ_rH_{(verbranding methaan)}
• Δ_rH₍₃₎ = - Δ_rH_{(verbranding waterstof)} (tekenwisseling, want reactie verloopt in omgekeerde richting van de verbrandingsreactie)
• Δ_rH₍₂₎ = - Δ_rH_{(verbranding ethaan)} (tekenwisseling, want reactie verloopt in omgekeerde richting van de verbrandingsreactie)