La loi de Hess

Il est souvent impossible d’effectuer certaines réactions chimiques en laboratoire afin de mesurer directement la quantité d’énergie impliquée, car souvent ces réactions sont trop rapides, trop lentes ou trop violentes. C’est notamment le cas du système suivant :

C (graphite)(s) + 2 H2(g) → CH4(g)

Cependant, grâce aux travaux effectués par le chimiste suisse Germain Henri Hess (1802-1850), on peut déterminer indirectement cette chaleur de réaction en mesurant les chaleurs de réactions (ΔH) pour des réactions plus simples à effectuer en laboratoire en additionnant celles-ci de façon à construire, à la fois l’équation de la réaction désirée, ainsi que sa propre chaleur de réaction.

Cette loi s’énonce de la façon suivante :

La loi de Hess stipule que si une réaction représente à elle seule deux ou plusieurs autres réactions, la chaleur qu’elle dégage ou absorbe est égale à la somme des chaleurs dégagées ou absorbées par les autres réactions.

On peut l'exprimer de la façon suivante

|\triangle H=\triangle H_{1}+\triangle H_{2}+\triangle H_{3}+...|
 


|\triangle H|= la variation d'enthalpie globale (kJ/mol)

|\triangle H_{1},\triangle H_{2},\triangle H_{3}|= la variation d'enthalpie de chacune des réactions élémentaires de la réaction globale (kJ/mol)

Voici comment on peut procéder afin d’obtenir la valeur de la chaleur molaire de réaction (ΔH) pour le système suivant :

C (graphite)(s) + 2 H2(g) → CH4(g) (équation globale)

Dans un premier temps, les valeurs de ΔH sont déterminées expérimentalement, et ce, pour chacune des réactions suivantes :

On doit ensuite utiliser ces équations afin de bâtir celle du système ciblé, c’est-à-dire l’équation globale.

Il y a deux règles à suivre lors de l'application de cette loi :

  1. Si l’on doit inverser une équation (les réactifs avec les produits), il faut changer le signe du ΔH. Par exemple, si au départ la réaction est exothermique (ΔH négatif), en l'inversant, elle devient endothermique (ΔH est alors positif).

  2. Si les coefficients d'une équation sont multipliés ou divisés par un nombre, on doit multiplier ou diviser le ΔH par ce même nombre.

Pour construire l’équation globale de l’exemple ci-dessus, il nous a fallu inverser la réaction no 3 et multiplier par le coefficient 2 la réaction no 2. On a alors obtenu :

Toutes les formules moléculaires identiques sur un même côté s’additionnent et toutes les formules moléculaires identiques sur des côtés opposés se soustraient.

Pour qu’une formule moléculaire soit identique à une autre, il faut que la substance représentée se trouve sous le même état de la matière. On obtient donc :

Il existe des tableaux où l’on retrouve des systèmes d’équations et la valeur des ΔH correspondants. Il arrive que l’on doive choisir parmi les équations proposées pour former l’équation globale.

En résumé, la chaleur d’une réaction chimique (ΔH) n’est pas influencée par le nombre d’étapes nécessaires pour arriver au résultat final. Peu importe le chemin qu’on prendra pour produire une substance, la chaleur dégagée ou absorbée sera toujours la même.

La loi de Hess est très utile puisqu’il est parfois difficile de calculer expérimentalement la chaleur impliquée dans une réaction trop rapide, trop lente ou trop violente. Grâce à la loi de Hess, on peut arriver à calculer la quantité de chaleur impliquée dans une réaction globale en calculant la chaleur échangée dans chacune des sous réactions qui mènent à cette réaction globale.

Les exercices

Exercices sur la chaleur molaire et la loi de Hess


Les références

La loi de Hess (théorie et exemples)


  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse