Кіріспе

Химиялық реакцияның энталпияның жалпы өзгеруі атқарылған қадамдарға тәуелсіз екендігі туралы байқау. Тұрақты жылу жиынтығының Гесс заңы, сондай-ақ Гесс заңы деп те аталады, – 1840 жылы жариялаған швейцариялық-орыс химигі және дәрігері Гермен Гесс есімімен аталған физикалық химиядағы заңдылық. Бұл заңға сәйкес, химиялық реакцияның толық барысындағы энталпияның жалпы өзгеруі атқарылған қадамдардың тізбегіне тәуелсіз. Гесс заңы қазір химиялық процестің энталпиясы бастапқы күйден соңғы күйге өту жолына тәуелді емес екенін көрсетеді (яғни энталпия – күй функциясы). Термодинамиканың бірінші заңына сәйкес, тұрақты қысымда реакция нәтижесінде жүйедегі энталпияның өзгеруі сіңірілген жылуға (немесе бөлінген жылудың теріс мәніне) тең, және көптеген реакциялар үшін калориметрия арқылы анықталуы мүмкін. Мәндер әдетте бірдей бастапқы және соңғы температуралар мен қысымдардағы реакциялар үшін көрсетіледі (реакциялар барысында жағдайлар өзгеруіне рұқсат етіледі). Гесс заңы химиялық реакцияға қажетті жалпы энергияны анықтау үшін қолданылуы мүмкін, оны жеке-жеке сипаттау оңай синтездік қадамдарға бөлуге болады. Бұл стандартты энталпияларды анықтауға мүмкіндік береді, оларды күрделі синтезде энталпияның өзгеруін болжау үшін пайдалануға болады.

Теория

Гесс заңы бойынша химиялық реакциядағы энтальпияның өзгеруі, реакция бір немесе бірнеше қадамдарда жүрсе де, бастапқы және соңғы күйлері бірдей болған жағдайда, бірдей болады. Энталпия – экстенсивті қасиет, яғни оның мәні жүйенің мөлшеріне пропорционалды. Осы себепті, энтальпияның өзгеруі берілген реакцияға қатысатын мольдер санына пропорционалды. Басқаша айтқанда, егер химиялық өзгеріс бірнеше әртүрлі жолмен орын алса, химиялық өзгеріс қай жолмен болғанына қарамастан, жалпы энтальпияның өзгеруі бірдей болады (бастапқы және соңғы жағдайлар бірдей болған жағдайда). Егер бұл рас болмаса, термодинамиканың бірінші заңы бұзылар еді. Гесс заңы энтальпияның өзгеруін (ΔH) тікелей өлшеу мүмкін болмаған жағдайда да есептеуге мүмкіндік береді. Бұл, бұрын анықталған түзілу энтальпиясының мәндерін пайдалана отырып, реакциялардың химиялық теңдеулеріне негізделген қарапайым алгебралық амалдарды орындау арқылы жүзеге асырылады. Химиялық теңдеулерді біріктіру нәтижесінде жалпы немесе таза теңдеу пайда болады. Егер тізбектегі барлық теңдеулер үшін энтальпияның өзгеруі белгілі болса, олардың қосындысы таза теңдеу үшін энтальпияның өзгеруіне тең болады. Егер таза энтальпияның өзгеруі теріс болса, реакция экзотермиялық болып табылады және өздігінен жүруі мүмкін; оң ΔH мәндері эндотермиялық реакцияларға сәйкес келеді. (Энтропия да спонтандықты анықтауда маңызды рөл атқарады, себебі реакция жүйесінде энтропияның артуына байланысты оң энтальпиялық өзгеруі бар кейбір реакциялар да спонтанды болып келеді.)