Каким образом закон Гесса гарантирует, что тепловой эффект реакции не зависит от пути, по которому она протекает

Закон Гесса - это основной принцип физической химии, который объясняет, почему изменение энтальпии (ΔH) в химической реакции не зависит от пути, по которому она протекает, при условии, что начальные и конечные состояния системы одинаковы.

Чтобы лучше понять этот закон, давайте рассмотрим его на конкретном примере. Представим, что у нас есть химическая реакция, которая протекает через несколько этапов: A → B → C. Мы хотим вычислить изменение энтальпии для этой реакции, но не знаем, как это сделать напрямую.

Закон Гесса позволяет нам использовать информацию о тепловых реакциях, которые происходят независимо от нашей исходной реакции, чтобы вычислить неизвестное нам изменение энтальпии.

В данном случае, мы можем разделить нашу исходную реакцию на два этапа, каждый из которых определенную часть реакции: A → B и B → C.

Используя закон Гесса, мы можем выразить изменение энтальпии (ΔH) для исходной реакции следующим образом: ΔH(A → C) = ΔH(A → B) + ΔH(B → C).

Теперь давайте рассмотрим ситуацию, когда наша реакция происходит при температуре 0 К. При этой температуре мы предполагаем, что реакция не происходит до конца и ничего не определяется с точки зрения энтальпии. Мы можем использовать закон Гесса для этой ситуации так же, как и раньше.

Так как в самопроизвольных процессах система стремится к более устойчивому состоянию, то в таких процессах изменение энтальпии (ΔH) должно быть больше нуля. Это можно объяснить тем, что в самопроизвольных процессах система освобождает тепловую энергию в окружающую среду.

Относительно изменения энтропии (ΔS) в самопроизвольных процессах, мы можем увидеть, что оно должно быть отрицательным. Это связано с тем, что самопроизвольные процессы характеризуются увеличением порядка или уменьшением беспорядка в системе, что приводит к уменьшению ее энтропии.

Итак, закон Гесса гарантирует, что тепловой эффект реакции не зависит от пути, по которому она протекает при 0 К, и что ΔH больше 0 в самопроизвольных процессах, а ΔS < 0 в самопроизвольных процессах. Этот закон позволяет нам объяснить и предсказать тепловые изменения и изменения энтропии в различных химических реакциях.