חוק הס

חוק הס (באנגלית: Hess's law) הוא חוק אשר חוזה את השינוי באנתלפיה בתגובה כימית. מכיוון שאנתלפיה הנה פונקציית מצב (גודל המתאר מצב של מערכת תרמודינמית בשיווי משקל), השינוי באנתלפיה של תגובה אינו תלוי בתגובות ביניים, אלא רק במצב ההתחלתי והסופי של הריאקציה.

הואיל ולפי החוק שינויי אנתלפיה ($\ \Delta H$) מתחברים, אפשר לחשב את שינוי האנתלפיה בתגובה יחידה מההפרש בין חום ההתהוות ($\ \Delta H_{f_{0}}$) של התוצרים לחום ההתהוות של המגיבים, ובעזרת החוק לחשב את שינויי האנתלפיה בתגובות כימיות מורכבות יותר.

$\ \Delta H_{0}=\Sigma \Delta H_{f_{0{\mbox{products}}}}-\Sigma \Delta H_{f_{0{\mbox{reactants}}}}$

($\ \Delta H$ חיובי מייצג תגובה אנדותרמית). במקרה של ריבוי תגובות משתנים הסימנים אך העקרון נשאר זהה:

$\ \Delta H=\Sigma \Delta H_{0{\mbox{products}}}-\Sigma \Delta H_{0{\mbox{reactants}}}$

החוק מאפשר לחשב את השינוי באנתלפיה בתגובות ששינוי האנתלפיה בהן אינו ידוע באופן ישיר, על ידי שימוש בפעולות חשבוניות על משוואות כימיות. כל משוואה כימית יכולה להיות מוכפלת (או מחולקת) במספר שלם. כאשר משוואה מוכפלת בקבוע, ה-($\ \Delta H$) שלה מוכפל באותו הקבוע. אם כיוון המשוואה מתהפך, ה-$\ \Delta H$ של המשוואה מתהפך גם הוא (ל-$\ -\Delta H$).

חיבור של משוואות כימיות יכול להוביל למשוואת רשת. אם סוכמים את כל השינויים באנתלפיה בכל משוואה, התוצאה תהיה השינוי באנתלפיה של משוואת הרשת. אם השינוי באנתלפיה שלילי ($\ \Delta H_{net}<0$), יש סיכוי טוב יותר שהתגובה תהיה תגובה אקסותרמית ספונטנית. עם זאת, מאחר שגם לאנטרופיה תפקיד חשוב בקביעת ספונטניות, חלק מהתגובות האנדותרמיות ספונטניות אף הן.

דוגמה

נתון:

• B₂O₃(s) + 3H₂O(g) → 3O₂(g) + B₂H₆(g) ΔH = +2035 kJ
• 2H₂O(l) → 2H₂O(g) ΔH = +88 kJ
• H₂(g) + (1/2)O₂(g) → H₂O(l) ΔH = -286 kJ
• 2B(s) + 3H₂(g) → B₂H₆(g) ΔH = +36 kJ

לחשב ΔH ל:

• (2B(s) + (3/2)O₂(g) → B₂O₃(s

אחרי הכפלה של המשוואות והפיכת חלקם (ואת האנתלפיה שלהם) התוצאות הם:

• B₂H₆(g) + 3O₂(g) → B₂O₃(s) + 3H₂O(g) ΔH = -2035 kJ
• 3H₂O(g) → 3H₂O(l) ΔH = -132 kJ
• 3H₂O(l) → 3H₂(g) + (3/2)O₂(g) ΔH = +858 kJ
• 2B(s) + 3H₂(g) → B₂H₆(g) ΔH = +36 kJ

סכימה של משוואות אלה וביטול ביטויים שווים בשני צידי המשוואה מקבלים:

• 2B(s) + (3/2)O₂(g) → B₂O₃(s) ΔH = -1273 kJ

את העקרון של חוק הס אפשר להרחיב כך שיכלול גם את השינויים באנטרופיה ובאנרגיה חופשית. השימוש הזה יעיל במיוחד לחישובים אלה מכיוון שאי אפשר למדוד אותם ישירות, ולכן חובה לחשבם בדרכים מצומצמות בלבד. זה נכון בעיקר לאנרגיה חופשית, מפני שזו אחת משלוש הדרכים היסודיות לחשב אותה.

בשביל אנטרופיה:

• ΔS^o = Σ(ΔS_f^o_products) - Σ(ΔS_f^o_reactants)‎
• ΔS = Σ(ΔS^o_products) - Σ(ΔS^o_reactants).‎

בשביל אנרגיה חופשית:

• ΔG^o = Σ(ΔG_f^o_products) - Σ(ΔG_f^o_reactants)‎
• ΔG = Σ(ΔG^o_products) - Σ(ΔG^o_reactants).‎

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא חוק הס בוויקישיתוף