Kimya ve Enerji. 1. Sistem ve Çevre. 2. Isı, Mekanik İş ve İç Enerji. YKS Fasikülleri. Yakup Demir. a. Sistemlerin

Transkript

1 Bu notlara Youtube dan Kimya Elbistan kanalında ilgili videolarının açıklamalar kısmında ki linkten ücretsiz bir şekilde ulaşabilirsiniz.

2 Fiziksel ve kimyasal değişimlerde meydana gelen ısı değişimini inceleyen kimyanın alt bilim dalına termokimya denir. 1. Sistem ve Çevre Sistem Üzerinde incelemeler yapılan ve sınırları belli olan evrenin belli bir parçasına sistem denir. Ortam Sistemin dışında kalan kısma ortam denir. Evren Sistem ile ortamın oluşturduğu tüm alana evren denir. Ortam Evren a. Sistemlerin Sınıflandırılması Açık Sistem Sistem ile ortam arasında madde ve enerji alış verişi olan sistemlerdir, Örneğin, göl. Kapalı Sistem Sistem ile ortam arasında sadece enerji alış verişi olan sistemlerdir. Örneğin, pil, pet şişe... Sistem Sistem ve ortam ilişkisiyle ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır? A) İzokorik sistemler, hacmi sabit tutulan sistemlerdir. B) Ortamla sistem arasında sadece enerji alış verişi yapan sistemlere kapalı sistem denir. C) İzotermal sistemlere insan vücudu örnek verilebilir. D) Ortamla sistem arasında madde ve enerji alış verişi yapan sadece açık sistemlerdir. E) İzole sistemlerde, ortamla sistem arasında madde ve enerji alış verişi gerçekleşmez. I. İzole sistem II. İzotermal sistem III. Kapalı sistem (Cevap D) Yukarıdaki sistemlerden hangilerinde ortamla madde ve ısı alış verişi yapılabilir? (Yalnız II) İzole Sistem Sistem ile ortam arasında madde ve enerji alış verişi olmayan sistemlerdir. Örneğin, termos. İzotermal Sistem Sıcaklığı sabit tutulan sistemlerdir. Ortam ile madde ve enerji alış verişi yapabilen sistemlerdir. Örneğin, insan vücudu. İzobarik Sistem Basıncı sabit tutulan sistemlerdir. Ortam ile madde ve enerji alış verişi yapabilen sistemlerdir. Örneğin, ideal pistonlu kap. İzokorik Sistem Hacmi sabit tutulan sistemlerdir. Ortam ile enerji alış verişi olan, iş alış verişi olmayan sistemlerdir. Örneğin, ağzı kapalı çelik kap. İdeal Piston 2. Isı, Mekanik İş ve İç Enerji Enerjiyi ve buna bağlı olayların izlediği yolu anlamak için Termo (ısı), dinamik (hareket) anlamlarına gelen termodinamik yasaları ortaya konmuştur. Termodinamik, fiziksel ve kimyasal değişimleri bir sistem içinde inceler. Enerji, bilimsel olarak iş yapabilme veya ısı verme yeteneği şeklinde tanımlanır. Harekette bulunan ve bir hızı olan cisimlerdeki enerjiye kinetik enerji denir. Cisimler arasındaki itme ya da çekme kuvvetlerinden veya cismin konumundan ve bileşiminden ileri gelen enerjiye potansiyel enerji denir. Zıplayan topun enerjisi potansiyel enerjiden kinetik enerjiye, sonra yeniden potansiyel enerjiye dönüşür. Kimya Elbistan 2

3 a. İç Enerji (U) Kimya ve Enerji P P Bir sistemin toplam enerjisine iç enerji denir. U ile gösterilir. Bir sistemin iç enerjisine, Taneciklerin kinetik (dönme, öteleme, titreşim) enerjileri Taneciklerin potansiyel (elektrostatik) enerjileri Taneciklerin çekirdek ve elektronik enerjileri katkı sağlar. Bir sitemin iç enerjisi ölçülemez, ancak iç enerji değişimi ( U) ölçülebilir. b. Isı (Q) Sistem ile çevre arasında sıcaklık farkından dolayı alınıp verilen enerjiye ısı denir. Q ile gösterilir. Isı akışı sıcak cisimden soğuk cisime doğru olur. Bir maddenin sıcaklığını değiştirmek için gerekli ısı miktarı, Madde türüne (c) Madde miktarına (m) Sıcaklık farkına ( t) bağlıdır. c. İş (w) Sıcaklık farkından bağımsız olarak aktarılan enerjiye iş denir. Enerjinin iş olarak aktarılmasına mekanik iş (w) denir. Mekanik iş bir kuvvetin belirli bir yol alırken yaptığı iştir. iş = kuvvet. yol Örneğin gazların genleşmesi ile yapılan iş mekanik iştir. Bir sistemin iç enerjisine (U), I. Taneciklerin öteleme kinetik enerjileri II. Taneciklerin titreşim enerjileri III. Taneciklerin çekirdek enerjileri IV. Taneciklerin potansiyel enerjileri türlerinden hangileri katkı sağlar? (I, II, III ve IV) X (g) V V 1 V 2 Şekil - 1 Şekil - 2 Yukarıda şekil - 1 deki kaba Q joule ısı verildiğinde şekil - 2 deki durum elde ediliyor. Alınan ısının bir kısmı iç enerji artışı (U) olarak, bir kısmı ise iş (w) olarak kullanılır. Toplam iç enerji değişimi aşağıdaki bağıntılardan hesaplanır. U = U son - U ilk Q P : Sabit basınçta alınan ısı w : İş X (g) Madde miktarı değişmeyen bir sistemin iç enerjisi iki yolla artırılabilir. Sistem üzerine iş yaparak Sistem ısıtılarak Madde miktarı değişmeyen bir sistemin iç enerjisi iki yolla azaltılabilir. Sistemin ortama iş yapmasıyla Sistem soğutularak Aynı miktar enerji sabit hacimli kaba verildiğinde hacim değişimi ( V = 0) olmayacağından iş yapılamaz (w = 0). Bu durumda verilen enerjinin tamamı iç enerji için kullanılır. U = Q V + W U = Q p + w w = 0 olduğundan U = Q V olur. (Q V : sabit hacimde alınan verilen ısı) Sabit hacimli ve sabit basınçlı kaplarda aynı sıcaklıkta eşit mollerde aynı gazın sıcaklıklarını eşit miktarda artırmak için sabit basınçlı kaba verilen ısı daha fazla olur. (Q P > Q V ) Sabit basınçlı kaba verilen ısının bir miktarı iş için kullanılacağından verilen ısı miktarı ile sıcaklık artışı aynı olmaz. Kimya Elbistan 3

4 3. Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası Sıfırıncı yasa sıcaklık ve termal dengeyle ilgilidir. Sıcaklık, bir maddeyi oluşturan taneciklerin ortalama kinetik (hareket) enerjisini ifade eden bir değerdir. Isı ise sıcaklıkları farklı iki madde arasındaki alınıp verilen enerjinin adıdır. Termodinamiğin sıfırıncı yasasına göre, eğer A ve B sistemleri birbiri ile ısıl dengede ise A sistemi ile ısıl dengede olan bir C sistemi B sistemi ile de ısıl denge durumundadır. A = B ve A = C ise, sıfırıncı yasaya göre B = C dir. 4. Termodinamiğin 1. Yasası Enerjinin korunum yasasına termodinamiğin I. yasası denir. Enerji bir türden başka bir türe dönüşebilir fakat enerji yok edilemez veya yoktan var edilemez. Enerji değişimi sistem ile ortam arasında oluştuğundan, U ortam + U sistem = 0 eşitliği oluşur. Sistemin iç enerjisindeki değişim; sistem ortam arasındaki ısı değişimi ve sisteme yapılan veya sistemin yaptığı iş miktarının toplamına eşittir. U = Q + w İdeal Piston Bir sisteme sabit basınçta dışarıdan 60 kj enerji verildiğinde sistem 100 kj iş yapıyor. Buna göre, sistemin iç enerji değişimi kaç kj dir? (-40) Bir sistemde hem ısı hem de iş niceliklerinin işareti pozitif ise, I. Ortam sisteme karşı iş yapmıştır. II. Sistemin iç enerjisi azalır. III. Sistemden ortama ısı akışı olur. yargılarından hangileri doğrudur? (Yalnız I) İzokorik bir sisteme 25 kj ısı verildiğinde, sistemin iç enerji değişimi kaç kj olur? (25) - w + w - Q + Q Sistem Ortam Sisteme ısı veriliyorsa Q pozitif (+), sistem dışarı ısı veriyorsa Q negatif (-) olur. Sisteme karşı iş yapılıyorsa w pozitif (+), sistem iş yapıyorsa w negatif (-) olur. Sembol İşaret İşaretin Anlamı w Q + Ortamın sisteme yaptığı iş - Sistemin ortama yaptığı iş + Sistemin ortamdan aldığı ısı - Sistemin ortama verığı ısı Kimya Elbistan 4 İzokorik ve izobarik iki farklı sisteme aynı sıcaklıkta eşit mollerde X gazı konuyor. Buna göre, gazların sıcaklıklarını eşit miktarda artırmak için, I. İzokorik sisteme verilen ısı 40 kj, izobarik sisteme verilen ısı 30 kj olabilir. II. İki kaba da aynı miktarda ısı verilir. III. İzobarik sisteme verilen ısı 100 kj, izokorik sisteme verilen ısı 80 kj olabilir. yargılarından hangileri doğrudur? (Yalnız III)

5 a. Entalpi (H) ve Entalpi Değişimi ( H) Bir maddenin yapısında depoladığı bütün enerjilerin toplamına entalpi veya ısı kapsamı denir. Sistemin iç enerjisiyle birlikte işi de içeren bir kavram olarak entalpi kullanılır. Bir maddenin 1 molündeki depo edilen enerjiye, o maddenin molar entalpisi denir. Entalpi bir hal fonksiyonudur. Entalpi, iç enerji ile basınç-hacim çarmının toplamına eşittir. H = U + P. V Sabit basınçta bir sistemin entalpi değişimi, H = U + P. V şeklinde ifade edilir. Bir maddenin entalpisi doğrudan ölçülemez. Bir kimyasal reaksiyonda ürünlerin entalpileri toplamı ile girenlerin entalpileri toplamı arasındaki farka tepkimenin entalpi değişimi veya tepkime entalpisi denir. H ile gösterilir. H = H ürünler - H girenler Entalpi değişimi aynı zamanda sabit baasınçta ölçülen ısı değişimine (Q P ) eşittir. 1 mol CO 2 nin CO ve O 2 gazlarına ayrıştırılması için 283 kj lik bir eneriji gerekir. Tepkime denklemi, veya CO 2(g) C + 1/2 O 2(g) CO 2(g) kj C + 1/2 O 2(g) şeklinde ifade edilebilir. H = 283 kj Endotermik reaksiyonlarda entalpi ve potansiyel enerji değişimi aşağıdaki diyagramlarla gösterilmiştir. Entalpi (kj/mol) Ürünler (C ) Reaktifler (CO 2(g) ) H 1 : Reaksiyona giren maddelerin (reaktifler) potansiyel enerjileri toplamı : Ürünlerin potansiyel enerjileri toplamı H = - H 1 E ai : ileri tepkimenin aktifleşme enerjisi E ag : geri tepkimenin aktifleşme enerjisi H 1 Potansiyel Enerji (kj/mol) E ai E ag 1. Tepkime Entalpisi ( H) H değeri belirli sıcaklık ve basınçta ölçülmüş değerlerdir. Sıcaklık ve basınç değişimleri H değerini değiştirir. Maddelerin fiziksel hallerinin değişmesi H değerini değiştirir. H gaz > H sıvı > H katı Madde miktarı tepkimelerdeki H değerini değiştirir. Maddenin mol sayısı ile H doğru orantılıdır. H, pozitif veya negatif değerler alabilir. Endotermik Reaksiyonlar Ürünlerin entalpileri toplamının girenlerin (reaktif) entalpileri toplamından büyük olduğu kimyasal tepkimeye endotermik tepkime denir. Endotermik reaksiyonlarda, H ın işareti pozitiftir. ( H > 0) Dışarıdan ısı alınır. Alınan ısı tepkime denkleminde girenler tarafına yazılır. Toplam potansiyel enerji değeri artar. Kimya Elbistan 5 H = E ai - E ag Aktifleşme enerjisi, E a : Tepkimenin gerçekleşmesi için gereken minumum enerjidir. x b a Potansiyel Enerji (kj/mol) y Yukarıda bir kimyasal tepkime için potansiyel enerji - tepkime koordinatı verilmiştir. Buna göre, I. b - a II. y - x III. y + b - a bağıntılarından hangileri tepkimenin H değerine eşittir? ( H : Tepkime ısısı) (Yalnız I)

6 Ekzotermik Reaksiyonlar Ürünlerin entalpileri toplamının girenlerin (reaktif) entalpileri toplamından küçük olduğu kimyasal reaksiyonlara ekzotermik reaksiyonlar denir. Ekzotermik reaksiyonlarda, H ın işareti negatiftir. ( H < 0) Dışarıya ısı verilir. Verilen ısı reaksiyon denkleminde ürünler tarafına yazılır. Toplam potansiyel enerji değeri azalır. 1 mol nin yanmasıyla 242 kj lik ısı açığa çıkar. Tepkime denlemi, Endotermik Olaylar Buharlaşma, erime, süblimleşme Elektroliz, arıştırma (analiz) 1. iyonlaşma enerjileri, Bir çok katı ve sıvının suda çözünmesi Bağ kırılması olayları, Azotun yanması Ametallerin 2. ve daha sonraki elektron ilgileri I. O (k) II. Ekzotermik Olaylar Donma, yoğuşma, kırağılaşma Elementlerin 1. elektron ilgileri Elektron alma olayı, Gazların sıvıda çözünmesi Bağ oluşumları, bir çok sentez (birleşme) tepkimeleri Nötürleşme ve Yanma tepkimeleri veya kj H = -242 kj III. H + (suda) + OH- (suda) Yukarıda verilen olaylardan hangileri endotermiktir? (Yalnız I) şeklinde ifade edilebilir. Ekzotermik reaksiyonlarda entalpi ve potansiyel enerji değişimi aşağıdaki diyagramlarla gösterilmiştir. Entalpi (kj/mol) Reaktifler ( ) Potansiyel Enerji (kj/mol) E ai Entalpi (kj/mol) X + Y Z Ürünler ( ) H 1 E ag X + Y Z Tepkimesinin entalpi - tepkime koordinatı grafiği yukarıda verilmiştir. Buna göre, Potansiyel Enerji (kj/mol) I. Tepkimenin ısı değeri negatiftir. II. Toplam entalpi azalır. III. Tepkime endotermiktir X (g) + Y g) ifadelerinden hangileri doğrudur? (I ve II) -50 Z (g) X (g) + Y (g) Z (g) 2XY 3(g) + ısı X 2(g) + 3Y 2(g) Tepkimesine ait potansiyel enerji - tepkime koordinatı grafiği yukarıda verilmiştir. Buna göre, I. Tepkime ısısı +50 kj dir. II. Ürünlerin potansiyel enerjisi +40 kj dir. III. İleri tepkimenin aktifleşme enerjisi +10 kj dir. ifadelerinden hangileri doğrudur? (Yalnız III) Kimya Elbistan 6 Tepkimesiyle ilgili, I. H < 0 II. Toplam entalpi azalır. III. Girenlerin ısı kapsamı, ürünlerin ısı kapsamından küçüktür. ifadelerinden hangileri doğrudur? ( H : Tepkime ısısı) (Yalnız III)

7 2. Tepkimelerin Sınıflandırılması Oluşum Entalpisi Bir bileşiğin elementlerinden oluşması sırasında meydana gelen ısı değişimine oluşum entalpisi denir. 1 mol bileşiğin standart şartlarda (1 atm, 25 o C) elementlerinden oluşmasına ait tepkimenin entalpisine molar oluşum entalpisi denir. H o veya ol Ho ile gösterilir. f Standart şartlardada elementlerin en kararlı hallerinin oluşma entalpileri sıfır kabul edilir. Standart şartlarda birden fazla allotropu olan maddelerin en kararlı allotropunun oluşum entalpisi sıfır alınır. N 2(g) + 3 2NH 3(g) H = - 92 kj tepkimesine göre normal koşullarda 4,48 L N 2 ve gaz karışımı artansız tepkimeye girince ısı değişimi ne olur? (-4,6 kj) I. C (k) + 2 CH 4(g) H o 1 II. N 2(g) + 3 2NH 3(g) Ho 2 Madde H o f Madde H o f C grafit H o = 0 f C elmaz H o 0 f Fe (k) H o = 0 f Fe (g) H o 0 f O 2(g) H o f = 0 O 3(g) H o f 0 H o f = 0 (s) H o f 0 C (k) C (k) C H o f H o f = -94 kj = -26 kj 1/2 + 1/2Cl 2(g) HCl (g) H o = -22 kj f Oluşan ürünün fiziksel hali değişince H o değeri de f değişir. O ( k) H o f H o f H o f = -242 kj = -286 kj = -292 kj III. + Cl 2(g) 2HCl (g) H o 3 IV. N NO 2(g) H o 4 Yukarıdaki tepkimelerin hangilerinin H o değeri, ürünün molar oluşma entalpisine eşittir? (Yalnız I) 4,8 g CH 4 maddesinin elementlerinden oluşması sırasında 5,4 kkal ısı açığa çıktığına göre, CH 4 ün oluşum entalpisi kaç kkal.mol -1 dür? (C:12, H:1) (-18 kkal.mol -1 ) Bir reaksiyonun ısısı ( H); ürünlerin oluşum ısıları toplamı ile reaksiyona giren maddelerin oluşum ısıları toplamı arasındaki farka eşittir. H = Σ H o f(ürünler) - Σ Ho f(girenler) SO 2(g) ve SO 3(g) nın oluşum entalpileri sırası ile -297 ve -395 kj dir. Buna göre, SO 2(g) SO 3(g) tepkimesinin H değeri kaç kj dir? (-98) SO 2(g) ve CO 2(g) nin molar oluşum ısıları sırası ile -297 ve -394 kj/mol dür. 15,2 g CS 2(s) nin yerli oksijen gazı ile yanmasından açığa çıkan ısı 215,6 kj olduğuna göre, CS 2(s) nin standart oluşum entalpisi kaç kj dir? (C: 12, S: 32) (90 kj) Kimya Elbistan 7

8 Yanma Entalpisi Kimya ve Enerji Yanma tepkimeleri genellikle ekzotermik tepkimelerdir. Bir mol maddenin yanması sırasında gerçekleşen reaksiyonda meydana gelen ısı değişimine molar yanma entalpisi denir. CH 4(g) + 2O 2(g) + 2 H = -18 kkal H = -57,8 kkal Nötrleşme Entalpisi Asit ve baz reaksiyonlarının tepkime ısısına nötrleşme ısısı denir. Bir mol asit ya da bazın nötrleşmesi sırasında meydana gelen enerji değişimine molar nötrleşme entalpisi denir. Nötrleşme tepkimeleri ekzotermiktir. HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (k) ,6 kkal/mol H 5 OH bileşiğinin molar yanma entalpisi -327 kkal/mol dür. 2,3 gram H 5 OH bileşiğinin yanması sonucunda açığa çıkan ısı kaç kkal dir? ( H 5 OH: 46) (16,35 kkal) 0,25 M 2 L HNO 3 sulu çözeltisi üzerine yavaş yavaş KOH sulu çözeltisi eklendiğinde 6,8 kkal ısı açığa çıkıyor. Buna göre, I. H + iyonu derişimi azalır. II. Zamanla çözeltinin ortalama kinetik enerjisi artar. III. HNO 3 ün molar nötrleşme ısısı -13,6 kkal/mol dür. yargılarından hangileri doğrudur? 3,2 g C n n + 2 bileşiği tamamen yakıldığında 3,6 kkal ısı açığa çıkıyor. (I, II ve III) Bu bileşiğin molar yanma entalpisi -18 kkal olduğuna göre, bileşiğin formülündeki n sayısı kaçtır? (C:12, H:1) (n = 1) Çözünme Entalpisi Bir maddenin çözünmesi sırasında gerçekleşen ısı değişimine çözünme ısısı denir. Bir mol maddenin çözünmesı dırasında gerçekleşen ısı değişimine molar çözünme ısıs denir. Endotermik veya ekzotermik olabilir. SO 2(g) SO 3(g) + 20 kkal/mol tepkimesine göre, I. SO 2 nin molar yanma entalpisi 20 kkal/mol dür. II. SO 3 ün molar oluşum entalpisi -20 kkal/mol dür. III. Tepkime sırasında normal koşullarda 5,6 L O 2(g) harcanırsa 10 kkal ısı açığa çıkar. yargılarından hangileri doğrudur? 2,5 g XCO 3 tuzu suda çözününce 100 kal ısı alıyor. XCO 3 tuzunun molar çözünme ısısı +4 kkal/mol olduğuna göre X in mol kütlesi kaç g/mol dür? (C:12, O:16) (40) (Yalnız III) Kimya Elbistan 8

9 Erime Isısı Kimya ve Enerji Erime sıcaklığındaki 1 mol saf bir katının tamamen sıvı hale geçmesi için verilmesi gereken ısı miktarına molar erime ısısı denir. O (k) Buharlaşma Isısı H = +6 kj/mol Kaynama sıcaklığındaki 1 mol saf sıvının tamamen gaz fazına geçmesi için verilmesi gereken ısı miktarına molar buharlaşma ısısı denir. H = +44 kj/mol + 1/2O 2 O Tepkimesinin entalpi değeri, I. Tepkime kabının basıncına II. O nun fiziksel haline III. Tükenen miktarına ifadelerinden hangilerine bağlıdır? (I, II ve III) Donma Isısı Donma sıcaklığındaki 1 mol saf sıvının tamamen katı fazına geçmesi sırasındaki ısı değişimine molar donma ısısı denir. O (k) H = -4 kj/mol Amonyak ile oksijen gazlarının tepkimesi, 4NH 3(g) + 5O 2(g) 4N + 6 Aşağıda verilen tepkimelerin entalpi değişimlerinden hangisinin türü yanlış verilmiştir? şeklindedir. Buna göre, bu tepkimenin standart tepkime entalpisi kaç kj/mol dür? (Standart oluşum entalpi değerleri, kj/mol: NH 3(g) = -46, N = 91, = -242) (-904 kj/mol) A) HCl + NaOH NaCl + O Nötrleşme entalpisi B) SO 2(g) SO 3(g) Yanma Entalpisi C) C (k) Oluşum Entalpisi D) X (g) X + + (g) e- İyonlaşma entalpisi E) O (k) Erime entalpisi (Cevap, E) Potansiyel Enerji (kj/mol) Ürünler Aşağıda üç bileşiğin elementlerinden oluşma ısıları verilmiştir. CO 2(g) C 3 H 8(g) H = kkal/mol H = -94,0 kkal/mol H = -24,8 kkal/mol Buna göre C 3 H 8(g) in ve CO 2(g) vermek üzere yanma ısısı kaç kkal/mol dür? (-488,4) Girenler Potansiyel enerji - tepkime koordinatı grafiği yukarıda verilen tepkime aşağıdakilerden hangisi olabilir? A) B) HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (k) + C) 2NH 3(g) N 2(g) + 3 D) N 2(g) N 2 E) CH 4(g) + 2O 2(g) + 2 (Cevap, D) Kimya Elbistan 9

10 3. Hess Yasası Kimya ve Enerji Bir reaksiyon birden fazla reaksiyonun toplamı ile elde ediliyorsa, bu reaksiyonun ısısı onu oluşturan reaksiyonların reaksiyon ısılarının toplamına eşittir. Buna tepkime ısılarının toplanabilirliği ya da Hess yasası denir. X + Y Z Z + T K X + Y + T K Hess yayası uygulamalarında H = -a kkal/mol H = -b kkal/mol H = -(a + b) kkal/mol Tepkime ters çevrilirse H işaret değiştirir. Denklem herhangi bir sayı ile çarpılır ya da bölünürse H da o sayı ile çarpılır ya da bölünür. Bir X 2 gazının 0,5 molü, aynı mol sayısında Y 2 gazıyla tam olarak birleşip potansiyel enerjisi 60 kkal/mol olan X 2 Y 2 bileşiğini oluşturmuş ve tepkime sonunda 100 kkal ısı açığa çıkmıştır. Buna göre, I. X 2 Y 2 bileşiğinin oluşum entalpisi 200 kkal/mol dür. II. Tepkimeye girenlerin potansiyel enerjisi 130 kkal dir. III. Tepkime ekzotermiktir. yargılarından hangileri doğrudur? (II ve III) Tepkimeler toplandığında H larda toplanır. SO 3(g) SO 2(g) H = +98 kj S (k) SO 2(g) H = -297 kj Yukarıdaki denkleme göre, aynı koşullarda gerçekleşen, S (k) + 3/2O 2(g) SO 3(g) tepkimesinin tepkime ısısı değeri kaç kj dir? (-385) CH 4(g) + 2O 2(g) + 2 Denklemine göre, 0,16 gram CH 4 ün yanmasından 2130 kal ısı açığa çıkmaktadır. C (k) Bu bilgilere göre, H = -94 kkal H = -68 kkal CH 4(g) C (k) + 2 tepkimesinin H si kaç kkal dir? H = -57,8 kkal (CH 4 :16, tepkimeler aynı koşullardadır.) (+17 kkal) H = -68,3 kkal tepkimesinden standart koşullardaki H değerleri ile birlikte verilmiştir. Buna göre, aynı koşullarda 9 gram su buharının yoğunlaşma ısısı kaç kkal dir? (H:1, O:16) (-5,25 kkal) H 4(g) + SO 3(g) ün molar oluşum ısısını hesaplayabilmek için, I. SO 3(g) nın molar çözünme entalpisi tepkimesine göre 6 g nin oluşması sırasında 6,54 kkal ısı açığa çıkmaktadır. H 4(g) nin oluşma ısısı 12,5 kkal/mol olduğuna göre, nin oluşma ısısı kaç kkal/mol dür? ( H 6 :30) (-20,2 kkal/mol) II. SO 2(g) nın molar yanma ısısı III. SO 2(g) nın molar oluşma ısısı yargılarından hangisinin bilinmesine ihtiyaç yoktur? (Yalnız I) Kimya Elbistan 10

11 b. Entropi (S) Kimya ve Enerji Dışarıdan bir etki olmadan kendiliğinden gerçekleşen değişimlere istemli değişimler denir. Dışarıdan bir etki sonucu gerçekleşen değişimlere istemsiz değişim denir. Bir sistemin düzensizliğine entropi denir. S ile gösterilir. Birimi J/mol.K dir. Entropi maddenin düşük enerjili ve daha düzensiz olma eğilimidir. Entropi kullanılmayan termal enerjinin bir ölçüsüdür. Katı bir maddenin erimesi veya sıvı bir maddenin buharlaşması sırasında entropi (düzensizlik) artar. Entropi Sıcaklık arttıkça artar. Tanecikler arası etkileşim arttıkça azalır. Sabit basınçta gazın mol sayısı arttıkça artar. Gazların sıvıda çözünmesi sonucu azalır. Genellikle katı ve sıvıların suda çözünmesi sonucu artar. I. CO 2 gazının suda çözünmesi II. Eterin oda sıcaklığında buharlaşması III. nun elektroliz edilerek ve O 2(g) ye dönüşmesi Yukarıdaki olaylardan hangisinde entropi azalır? (Yalnız I) Katı Sıvı Gaz Çözünme, ısıtma, erime ve buharlaşma gibi olaylar entropide artışa neden olur. S > 0 dır. Çökme, sıcaklığın düşmesi, donma ve yoğunlaşma gibi olaylar entropide azalmaya neden olur. S < 0 dır. Bilgi Kavrama 1. Kap 2. Kap Sıcaklıkları aynı olan eşit miktarda su bulunan kaplardan 1. sine 5 g NaCl, 2. sine 10 g NaCl eklenip çözünüyor. 1. kaptaki iyonlar arası etkileşim daha az olduğundan daha düzensizdir. Entropisi daha fazladır. -15 o C de buz parçası 30 o C de bir odaya konuyor. Buna göre, I. Buzun kinetik enerjisi zamanla azalır. II. Buzun entropisi zamanla artar. III. Ortamın entropisi zamanla artar. ifadelerinden hangileri doğrudur? (Yalnız II) Bilgi Kavrama 1. Kap 2. Kap Mol sayıları eşit olan aynı sıcaklıktaki sırası ile 1 L lik ve 2 L lik iki ayrı kaba konuyor. 2. kaptaki gaz molekülleri arasındaki etkileşim daha az olduğundan daha düzensizdir. Entropisi daha fazladır. Kimya Elbistan 11 Aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) Naftalinin süblimleşmesiyle entropi artar. B) Tuzun suda çözünmesiyle entropi azalır. C) Buzdolabına konan suyun donmasıyla entropi azalır. D) Su buharının yoğunlaşmasıyla entropi azalır. E) Glikozun suda çözünmesiyle entropi artar. (Cevap, B)

12 5. Termodinamiğin 2. Yasası Termodinamiğin 2. yasasına göre, her istemli olayda evrenin toplam entropisi artar ve evren zaman geçtikçe bir denge haline yakışır. Doğadaki olaylar sırasında sistem ile ortam arasındaki ısı alış verişinden dolayı sistemin entropisi ( S sis ) ve ortamın entropisi ( S ort ) değişirken, everendeki toplam entropi ( S top ) de değişir. S top = S sis + S ort Evrenin entropisi istemli bir olayda artar. S top = S sis + S ort > 0 ise genelde istemli Evrenin entropisi dengedeki bir olayla değişmez. S top = S sis + S ort = 0 ise genelde dengede Evrenin entropisi istemsiz bir olayda azalır. S top = S sis + S ort < 0 ise genelde istemsiz Termodinamiğin 2. yasası, istemli bir olayda evrenin entropi değişimi pozitif (+) olması gerektiğini ifade eder. Sistemdeki Entropi Değişimleri 1 mol maddenin 1 atm, 25 o C de bulunan entropi değerlerine standart entropi (S o ) değeri denir. Standart tepkime entropisi ( S o ) ürünler ve girenler sis arasındaki standart entropi farkının alınması ile bulunur. Ortamdaki Entropi Değişimleri Sistemde ekzotermik bir olay olduğunda ortama ısı vereceğinden ortamın entropisi artar. Endotermik bir olay olduğunda ortam ısı kaybedeceğinden ortamın entropisi azalır. Sabit basınçtaki olaylarda ısı değişimi entalpi değişimine eşittir. Bundan dolayı entropideki değişim ( S ort ) sistemin entalpi değişimi ( H sis ) ile orantılıdır. Ortama verilen ısı miktarının neden olduğu entropi değişimi sıcaklığa bağlıdır. Ortamın sıcaklığı fazlaysa, verilen ısı entropiyi fazla etkilemez. Ortamın sıcaklığı az ise, verilen ısı ortamın entropisinde büyük artışa neden olur. Entropi sıcaklıkla ters orantılıdır. - H S ort = sis T C (k) kj/mol Standart şartlarda gerçekleşen yukarıdaki tepkimede ortamın entropi değişimi kaç J/K.mol dir? (1500) S o sis = Σ So ürünler - Σ So girenler N 2(g) + 3 2NH 3(g) tepkimesinin standart entropi değişimi ( S o ) kaç J/K. mol dir? (Standart entropi değerleri: :130 J/K.mol, N 2(g) :191 J/K.mol, NH 3(g) : 192 J/K.mol) + 2 (-197) Tepkimesinin standart entropi değişimi ( S o ) kaç J/K. mol dir? (Standart entropi değerleri: :130 J/K.mol, :219 J/K.mol, : 230 J/K.mol) (-249) 6. Termodinamiğin 3. Yasası Mutlak sıfır noktasında (-273,15 o C) bütün saf maddelerin kusursuz kristalleri sıfır entropiye sahiptir. Mutlak sıfırda saf olmayan kristaller, camlar, katı çözeltiler vb. durumlarda entropi sıfır değildir. Gibbs Serbest Enerji ( G o ) Standart koşullarda standart haldeki reaktiflerin ve ürünlerin yer aldığı tepkimedeki serbest enerji değişimine tepkime standart serbest enerji ( G o ) denir. G o sistem = Σ Go ürünler - Σ Go girenler Bir reaksiyonun G o değeri, S o ve H o değerleri kullanılarak hesaplanır. G o = H o sistem - T So sistem G o < 0 ise tepkime ileri yönde istemlidir. G o > 0 ise tepkime geri yönde istemlidir. G o = 0 ise tepkime dengededir. Yani tersinirdir. Kimya Elbistan 12

13 G ye göre bir tepkimenin istemli ya da istemsiz olduğunun değerlendirilmesi H ve S nin işarerine göre değişir. Bu durum aşağıdaki tabloda gösterlmiştir. Durum H S G Sonuç Düşük sıcaklıklarda istemsiz. - Yüksek sıcaklıklarda istemli. - Düşük sıcaklıklarda istemli. + Yüksek sıcaklıklarda istemsiz Bütün sıcaklıklarda istemli Bütün sıcaklıklarda istemsiz. 0,2 M 400 ml SO 4 çözeltisi, KOH kullanılarak nötürleştirilirken 4 kkal ısı açığa çıkıyor. Buna göre SO 4 ün molar nötrleşme ısısı kaç kkal/ mol dür? (-50) Reaksiyon H o S o sistem I. O (k) - - II. N 2 2N 2(g) - + III. 2HF (g) (g) + F 2(g) + - Yukarıdaki tabloda bazı reaksiyonların standart tepkime ısısı ( H o ) ve standart entropi değişiminin ( S o ) işaretleri verilmiştir. Buna göre, hangi tepkimelerin standart serbest enerji değişimi ( G o ) işareti kesinlikle negatiftir? (Yalnız II) I. Termodinamiğin 1. yasasına göre izole edilmiş bir sistemin iç enerjisi sabittir. II. Termodinamiğin 3. yasasına göre mutlak sıfır noktasında kusursuz kristallerin mutlak entalpisi sıfırdır. III. G değerinin pozitif olduğu tepkimeler istemlidir. Yukarıda verilen yargılardan gangileri doğrudur? (Yalnız I) C (k) 2C (k) + 3 olarak beriliyor. Buna göre, H = -57,8 kkal/mol H = -94 kkal/mol H = -20 kkal/mol 2SO 3(g) 2SO 2(g) Tepkimesinin standart serbest enerji değişimi kaç kj dür? (Standart serbest enerji değişimi: SO 2(g) = 135 kj/mol, SO 3(g) =295 kj/mol) (-320) + 7/2O 2(g) 2CO 2(g) + 3 tepkimesinin göre H değeri kaç kkal dir? (-341,4) C kj/mol Tepkimesinin standart şartlarda Gibss serbest enerjisi kaç kj/mol dür? ( S o sistem =-189 J/mol.K) (-156,7) Kimya Elbistan 13