Bei einigen Reaktionen ist es unmöglich oder unpraktisch, sie direkt in einem Kalorimeter zu messen – Kohlenstoff, der in einer begrenzten Sauerstoffversorgung verbrannt wird, endet beispielsweise nicht sauber bei Kohlenmonoxid, sondern geht weiter zu Kohlendioxid über. Das Hesssche Gesetz ist ohnehin das Werkzeug, mit dem Chemiker den ΔH-Wert solcher Reaktionen ermitteln, indem sie sie aus messbaren Reaktionen aufbauen.

Enthalpie ist eine Zustandsfunktion

Das Hesssche Gesetz folgt direkt aus einer einzigen Tatsache: Die Enthalpie hängt nur vom aktuellen Zustand eines Systems ab – seiner Zusammensetzung, Temperatur und seinem Druck – und nicht davon, wie es dorthin gelangt ist. Das bedeutet, dass der Gesamt-ΔH für den Übergang von einer Reihe von Reaktanten zu einer Reihe von Produkten festgelegt ist, unabhängig davon, ob die Reaktion in einem Schritt erfolgt oder aus mehreren Zwischenschritten besteht. Addieren Sie den ΔH eines beliebigen Pfades zwischen denselben Start- und Endpunkten, und Sie erhalten jedes Mal die gleiche Summe.

Schritte kombinieren: Umkehren und Skalieren

Um die Schrittsummierungsmethode zu verwenden, finden Sie eine Reihe von Reaktionen (normalerweise solche mit bekannten, gemessenen ΔH-Werten), die nach einigen Manipulationen addiert werden können, um Ihre Zielreaktion zu erzeugen. Zwei Manipulationen sind zulässig: das Umkehren eines Schritts (Rückwärtslaufen), wodurch das Vorzeichen seines ΔH umgedreht wird, und das Skalieren eines Schritts mit einem Koeffizienten (um mit der Stöchiometrie des Ziels übereinzustimmen), wodurch sein ΔH um denselben Koeffizienten skaliert wird. Sobald sich die manipulierten Schritte zur Zielreaktion summieren, summieren sich ihre manipulierten ΔH-Werte zum ΔH des Ziels.

Die Abkürzung zwischen Bildung und Enthalpie

Anstatt jedes Mal nach einer Kette messbarer Reaktionen zu suchen, haben Chemiker die Standardbildungsenthalpie (ΔHf) für Tausende von Verbindungen tabellarisch ermittelt – den ΔH für die Bildung eines Mols dieser Verbindung aus ihren Elementen in ihren Standardzuständen. Da die Bildung der Reaktanten und Produkte einer Reaktion aus Elementen selbst ein gültiger Weg des Hessschen Gesetzes ist, ist ΔH für die Gesamtreaktion einfach die Summe der ΔHf-Werte der Produkte (gewichtet mit ihren Koeffizienten) minus der gleichen Summe für die Reaktanten. Dies ist normalerweise die schnellere Methode, wenn Formationsdaten für alle beteiligten Arten verfügbar sind.

Wo sich dies in der Praxis zeigt

Das Gesetz von Hess liegt der Berechnung des Energiegehalts von Kraftstoffen zugrunde, wie die Durchführbarkeit einer Reaktion vor der Durchführung eines Experiments abgeschätzt wird und wie Lehrbücher den ΔH von Reaktionen ableiten, deren direkte Messung gefährlich oder langsam wäre (z. B. Teilverbrennung oder Reaktionen instabiler Zwischenprodukte). Es ist eines der ersten Werkzeuge, mit denen Studenten über Thermochemie nachdenken können, ohne für jede einzelne Reaktion ein Kalorimeter zu benötigen.