חוק הס

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

הואיל ולפי החוק שינויי אנתלפיה () מתחברים, אפשר לחשב את שינוי האנתלפיה בתגובה יחידה מההפרש בין אנתלפיית ההתהוות () של התוצרים לאנתלפיית ההתהוות של המגיבים, ובעזרת החוק לחשב את שינויי האנתלפיה בתגובות כימיות מורכבות יותר.

( חיובי מייצג תגובה אנדותרמית). במקרה של ריבוי תגובות הסימנים משתנים אך העיקרון נשאר זהה:

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- שלה מוכפל באותו הקבוע. אם כיוון המשוואה מתהפך, ה- של המשוואה מתהפך גם הוא (ל-).

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 (), 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 העיקרון 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:

ΔSo = Σ(ΔSoproducts) - Σ(ΔSoreactants)
ΔS =  Σ(ΔSproducts) - Σ(ΔSreactants).

בשביל אנרגיה חופשית:

ΔGo = Σ(ΔGoproducts) - Σ(ΔGoreactants)
ΔG =  Σ(ΔGproducts) - Σ(ΔGreactants).

קישורים חיצוניים

 

כימיה פיזיקלית
תרמודינמיקה
הס