Что такое закон Гесса

04.06.2026
Инженерные термины и определения

Закон Гесса — основной закон термохимии, согласно которому тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояний реагирующей системы и не зависит от пути её протекания. Закон Гесса был сформулирован русским химиком Германом Ивановичем Гессом в 1840 году, ещё до открытия первого начала термодинамики, и стал фундаментом для расчёта тепловых эффектов реакций по табличным данным.

Что такое закон Гесса: формулировка и физический смысл

Закон Гесса применяется к реакциям, протекающим при постоянном давлении или постоянном объёме. При p = const тепловой эффект равен изменению энтальпии ΔH, при V = const — изменению внутренней энергии ΔU.

Связь с первым началом термодинамики

Закон Гесса — прямое следствие первого начала термодинамики. Энтальпия H и внутренняя энергия U являются функциями состояния. Их изменение определяется только начальным и конечным состояниями системы и не зависит от промежуточных стадий.

ΔH_{реакции} = H_{продуктов} − H_{реагентов}

Величина не зависит от того, протекает реакция в одну стадию или через несколько промежуточных превращений.

Принцип работы закона Гесса и его следствия

Из закона Гесса вытекают два практически важных следствия, на которых построены все термохимические расчёты.

Первое следствие — энтальпии образования

Тепловой эффект реакции равен разности сумм стандартных энтальпий образования продуктов и реагентов с учётом стехиометрических коэффициентов.

ΔH°_р = Σν_j·ΔH°_f,прод − Σν_i·ΔH°_f,реаг

где ν — стехиометрические коэффициенты, ΔH°_f — стандартная энтальпия образования при 298,15 К и давлении 1 бар.

Второе следствие — энтальпии сгорания

Тепловой эффект реакции равен разности сумм стандартных энтальпий сгорания реагентов и продуктов. Используется в органической химии, где энтальпии сгорания измеряются прямо в калориметрической бомбе.

ΔH°_р = Σν_i·ΔH°_c,реаг − Σν_j·ΔH°_c,прод

Виды термохимических расчётов по закону Гесса

Закон Гесса позволяет рассчитывать тепловые эффекты реакций, которые трудно или невозможно измерить экспериментально, через комбинацию доступных опытных данных.

Классический пример: окисление углерода

Прямое измерение энтальпии реакции C + ½O₂ → CO затруднено из-за параллельного образования CO₂. Гесс предложил использовать две легко измеряемые реакции:

C + O₂ → CO₂, ΔH₁ = −393,5 кДж/моль
CO + ½O₂ → CO₂, ΔH₂ = −283,0 кДж/моль
Искомая: C + ½O₂ → CO, ΔH = ΔH₁ − ΔH₂ = −110,5 кДж/моль

Стандартные энтальпии образования некоторых веществ

Вещество	Состояние	ΔH°_f, кДж/моль (298 К)
H₂O	жидкое	−285,8
H₂O	газ	−241,8
CO₂	газ	−393,5
CO	газ	−110,5
CH₄	газ	−74,8
NH₃	газ	−45,9
NaCl	кристалл	−411,2
Al₂O₃	кристалл (α)	−1675,7

Применение закона Гесса в науке и технике

Закон Гесса лежит в основе термохимических расчётов в химической технологии, металлургии, энергетике, биохимии и материаловедении.

Расчёт тепловых балансов

Проектирование реакторов: оценка тепловыделения для подбора систем охлаждения или подвода тепла.
Расчёт калорийности топлив: бензинов, природного газа, угля, биомассы.
Металлургические процессы: восстановление оксидов, плавка, синтез сплавов.
Анализ энергии химических связей через цикл Борна–Габера.
Биоэнергетика: расчёт энергетического выхода метаболических реакций.

Цикл Борна–Габера

Применение закона Гесса для расчёта энергии кристаллической решётки ионных соединений. Через цикл сублимации, диссоциации, ионизации и сродства к электрону определяется недоступная для прямого измерения энергия решётки.

Преимущества и ограничения закона Гесса

Закон Гесса универсален для химических реакций, но требует соблюдения определённых условий применимости.

Преимущества	Ограничения
Универсальность для любых химических процессов	Требуется постоянство p или V
Расчёт ΔH экспериментально недоступных реакций	Нужны достоверные табличные данные ΔH°_f
Простая алгебра суммирования и вычитания уравнений	Точность ограничена точностью справочных значений
Связь с фундаментальными функциями состояния	Учёт фазового и агрегатного состояния обязателен

Оборудование и методы термохимических измерений

Экспериментальной базой для определения теплот реакций служат различные типы калориметров.

Калориметрическая бомба — измерение теплоты сгорания органических веществ при V = const, по ГОСТ 147-2013.
Изотермический калориметр — определение теплот растворения, нейтрализации, разбавления.
Дифференциальный сканирующий калориметр (ДСК) — теплоты фазовых переходов и реакций при программируемом нагреве.
Калориметр потока — теплоты непрерывных процессов в проточных реакторах.
Реакционный калориметр — изучение кинетики и термодинамики синтезов в реальном времени.

Частые вопросы

Как сформулирован закон Гесса?

Тепловой эффект химической реакции при постоянном давлении (или объёме) зависит только от начального и конечного состояний системы и не зависит от пути её протекания и числа промежуточных стадий.

Каковы следствия закона Гесса?

Первое: ΔH реакции равен разности сумм энтальпий образования продуктов и реагентов с учётом стехиометрии. Второе: ΔH равен разности сумм энтальпий сгорания реагентов и продуктов.

Что такое стандартная энтальпия образования?

Это тепловой эффект образования одного моля вещества из простых веществ в их стандартных состояниях при температуре 298,15 К и давлении 1 бар. Для простых веществ в стандартном состоянии ΔH°_f = 0.

Как рассчитать тепловой эффект реакции по закону Гесса?

По формуле ΔH°_р = Σν_j·ΔH°_f,прод − Σν_i·ΔH°_f,реаг. Берутся табличные значения энтальпий образования с учётом стехиометрических коэффициентов и агрегатных состояний.

Кто открыл закон Гесса?

Закон сформулировал русский химик Герман Иванович Гесс (1802–1850) в 1840 году. Открытие предшествовало работам Майера, Джоуля и Гельмгольца по первому началу термодинамики.

Закон Гесса — фундаментальный принцип термохимии: тепловой эффект реакции определяется только начальным и конечным состояниями системы. Закон Гесса позволяет рассчитывать энтальпии экспериментально недоступных реакций через табличные стандартные энтальпии образования и сгорания. Используется в инженерных расчётах химико-технологических процессов, металлургии, энергетических балансов и анализе калорийности топлив.

Статья носит ознакомительный характер. Автор не несёт ответственности за решения, принятые на основе изложенной информации. Для проектных и научных расчётов используйте действующие справочные данные термодинамических констант и нормативные документы.

Появились вопросы?

Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.

Задать вопрос

Подшипники SKF -15%!

Bosсh Rexroth