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
תרמודינמיקה
|
חוקי יסוד
|
חוקי שימור (החומר, האנרגיה) • חוקי התרמודינמיקה: אפס, ראשון, שני (ראו גם: תנועה נצחית, השד של מקסוול), שלישי
|
קבועים
|
קבוע הגזים • קבוע בולצמן • קבוע אבוגדרו • קבוע פלאנק
|
משתנים
|
אינטנסיבים (טמפרטורה, לחץ, פוטנציאל כימי) • אקסטנסיבים (אנטרופיה, נפח, מספר חלקיקים) • משוואת מצב
|
יחידות מידה
|
טמפרטורה (צלזיוס, קלווין, יח' אחרות) • נפח (ליטר, מטר מעוקב) • לחץ (בר, אטמוספירה, פסקל) • מספר חלקיקים (מול) • אנרגיה (ג'אול, קלוריה)
|
אפיון
|
הפיכות (תהליך הפיך, תהליך בלתי הפיך) • שינוי האנתלפיה (תהליך אקסותרמי, תהליך אנדותרמי) • שינוי באנרגיה (תהליך ספונטני, תהליך מאולץ) • תהליך (איזוברי, איזותרמי, איזוכורי, אדיאבטי, איזנטרופי, איזואנתלפי)
|
פוטנציאלים תרמודינמיים
|
אנרגיה פנימית • אנתלפיה • האנרגיה החופשית של הלמהולץ • האנרגיה החופשית של גיבס
|
מצבי צבירה ומעברי פאזות
|
מצבי צבירה (מוצק, נוזל, גז) • מעברי פאזות (התכה, התאדות, המראה, התעבות, הקפאה) • נקודת התכה • נקודת רתיחה • נקודה משולשת • נקודה קריטית • דיאגרמת פאזות • משוואת קלאוזיוס-קלפרון • חוק הפאזות של גיבס
|
גזים
|
גז אידיאלי • גז ואן דר ואלס • התאוריה הקינטית של הגזים • לחץ חלקי • חוק ראול • מודל דלטון • חוק בויל-מריוט • חוק גה-ליסאק • חוק שארל• משוואת הגז האידיאלי
|
חום וטמפרטורה
|
האפס המוחלט • יח' מידה לטמפרטורה • שיווי משקל תרמודינמי • קיבול חום • יחס קיבולי החום • חום כמוס • חוק הס • קלורימטר • אפקט ג'ול-תומסון • הסעת חום • מוליכות חום • מעבר חום • קרינה תרמית • קשר מאייר • האינדקס האדיאבטי
|
מעגלי עבודה
|
מעגלים תרמודינמיים (קרנו, סטרלינג, ברייטון, אריקסון, רנקין, סטירלינג, דיזל, לנואר, אוטו, היגרוסקופי, סקודירי, סטודרד) • נצילות
|
יישומים
|
מכונות חום • מנועים • משאבות • משאבת חום • מחליף חום • מיזוג אוויר • מקרר • קירור תרמואלקטרי • תחנות כוח
|
מונחים נוספים
|
תאוריית הקלוריק • תנועה בראונית • פונקציית מצב • תרמודינמיקה סטטיסטית • קשרי מקסוול • תרמוכימיה
|
דמויות בולטות
|
דניאל ברנולי (1700–1782) • בנג'מין תומפסון (1753–1814) • סאדי קרנו (1796–1832) • אמיל קלפרון (1799–1874) • רוברט מאייר (1814–1878) • ג'יימס ג'ול (1818–1889) • ויליאם ג'ון מקורן רנקין (1820–1872) • הרמן פון הלמהולץ (1821–1894) • רודולף קלאוזיוס (1822–1888) • ויליאם תומסון (1824–1907) • ג'יימס קלרק מקסוול (1831–1879) • יוהנס דידריק ואן דר ואלס (1837–1923) • ג'וסיה וילארד גיבס (1839–1903) • לודוויג בולצמן (1844–1906) • מקס פלאנק (1858–1947) • פייר דוהם (1861–1916) • קונסטנטין קרתיאודורי (1873–1950) • לארס אונסאגר (1903–1976)
|