Konu anlat ml ve çözümlü sorular Okula yönelik al flt rmalar Yaz l sorular. LYS ye yönelik testler Etkinlikler ve okuma parçalar.

Transkript

1 Konu anlat ml ve çözümlü sorular Okula yönelik al flt rmalar Yaz l sorular LYS ye yönelik testler Etkinlikler ve okuma parçalar Ramazan KAYA

2 Genel Müdür Temel Atefl Genel Koordinatör Ak n Atefl E itim Koordinatörü - Editör Nevzat Asma E itim Koordinatör Yard mc s Halit B y k Dizgi, Grafik, Tasar m Esen Dizgi Servisi Bu kitab n tamam n n ya da bir k sm n n elektronik, mekanik, fotokopi ya da herhangi bir kay t sistemiyle ço alt lmas, yay mlanmas ve depolanmas yasakt r. Bu kitab n tüm haklar yazar na ve Esen Bas n Yay n Da t m Limitet fiirketine aittir. steme Adresi ESEN BASIN YAYIN DA ITIM LTD.fiT. Bay nd r 2. Sokak No.: 34/11 12 K z lay/ankara tel.: (0312) faks: (0312) ISBN : Bask Bask Tarihi 2012 VIII

3 1. ÜNİTE KİMYASAL REAKSİYONLAR VE ENERJİ 1. BÖLÜM : SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ 2. BÖLÜM : SİSTEMLERDE ENTALPİ DEĞİŞİMİ 3. BÖLÜM : İSTEMLİLİK Günümüzde en önemli problemlerden biri enerji ihtiyacıdır. Enerji, iş yapabilme veya ısı verme yeteneği şeklinde ifade edilebilir. Taşıtların hareketli, bir yükün kaldırılması, elektroliz, elektrik akımının elde edilmesi, fotosentez gibi olaylarda iş yapılır. Doğal gazın yanması sonucunda açığa çıkan ısı ile çevre ısıtılabilir, su ısıtılabilir veya otomobil hareket ettirilebilir. Kimyasal tepkimelerde açığa çıkan enerji bir roketi havalandırabilir, bir türbini döndürebilir veya bir otomobili işletebilir. Günümüzde ki yüksek ekonomik düzeyini ve teknolojiyi yaratan etmenlerin en önemlisi bu enerji kullanılmasıdır. Enerjinin bugün için bilinen üç ana kaynağı vardır; a) Güneşte oluşan nükleer tepkimeler sonucu ortaya çıkan güneş enerjisi, b) Atom çekirdeklerinin parçalanmasıyla açığa çıkan nükleer enerji, c) Kimyasal tepkimeler sırasında atomların yeniden düzenlenmesi sonucu oluşan kimyasal enerji. Doğada kullanılan en büyük enerji kaynağı güneştir. Güneş ışınları atmosferin üst katmanlarında çeşitli tepkimeler sonucunda ısı açığa çıkarır. Güneş ışınları yeşil bitkilerde fotosenteze yol açar. Bitkilerde oluşan bu tepkimeler, bitkiler besin olarak tüketilince enerji sağlar. Yeşil bitkiler, fosil yakıtları halinde milyonlarca yıl sonra enerji sağlar. Nükleer enerji, dünya elektriğinin önemli bir kısmını karşılamaktadır. Nükleer enerji, kanserli hastaların tedavisi amacıyla, vücudun iç organlarını görüntülemede, kimyasal reaksiyonların mekanizmalarını araştırmada, arkeolojik nesnelerin yaşını bulmada, tarımda, gıdada ve askeri savunmada kullanılmaktadır. Bugünki toplumlar yaygın olarak fosil yakıtlardan, doğal gaz kömür, benzin mazot, gazyağı ve petrol türevi yakıtları kullanılmaktadır. Türetilen enerjinin %80 90 kadarı kimyasal kökenli olup yukarıda örnekleri verilen fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Kimyasal tepkimelerin çoğuna enerji eşlik eder. Tepkimelerde, çevre ile tepkime arasında enerji alış verişi olur. Kimyasal tepkimelere eşlik eden enerji genelde ısı enerjisi şeklinde olur. Birçok tepkimede bu enerji ışık olarak gözlenebilir. Elektroliz ve elektrokimyasal pillerde enerji elektrik enerjisi olarak gözlenebilir.

4 SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ 1. ENERJİ VE ÇEŞİTLERİ 2. SİSTEM VE ÇEVRE 3. İÇ ENERJİ 4. ISI VE İŞ 5. TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ KANUNU 6. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Herhangi bir şeyin neden meydana geldiğini hiç merak ettiniz mi? Hayat neden sürüyor? Güneş enerjisini nasıl kullanıyoruz? Meydana gelen herşeyde enerjinin fonksiyonu nedir? Niçin canlı kalırız? Bir tepkime niçin bir yönde değil de, diğer yönde meydana gelir? Tepkimeler niçin dengeye ulaşma meyli gösterir? 1. BÖLÜM

5 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji S STEMLER VE ENERJ TÜRLER 1. ENERJ VE ÇEfi TLER Enerji, genellikle ifl yapabilme kapasitesi olarak tan mlan r. Bir kuvvetin bir yol boyunca etkimesi bir ifl yapar. Hareketli bir cisim yavafllad nda ya da durdu unda ifl yapar. Kimyac, ifli bir süreçten kaynaklanan enerji de iflimi olarak tan mlar. Enerji çeflitleri kinetik enerji, potonsiyel enerji, fl - ma enerjisi, s l enerjisi ve kimyasal enerjidir. Kinetik enerji, hareketli cismin enerjisine denir. Potansiyel enerji, bir cismin konumundan dolay sahip oldu u enerjidir. Z playan bir top, enerji ve iflin niteli i hakk nda bir bilgi verebilir. Önce topu b - rakma yüksekli ine getirirken yerçekimine karfl bir kuvvet uygular z. Yapt m z ifl topta enerji fleklinde depo edilir. Bu depo edilmifl enerji ya da di er bir ifadeyle depolanm fl enerji top serbest b rak ld nda bir ifl yapabilme özelli ine sahiptir ve bu nedenle potansiyel enerji ad n al r. B rak lan top, yerçekimi kuvveti taraf ndan afla do ru çekilir ve top düfler. Bu düflme s ras nda potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüflür. Top yere çarpt nda kinetik enerji en yüksek de erine ulafl r. Tekrar s çrad nda topun kinetik enerjisi azal r. Potansiyel enerji artar. Potansiyel enerji, cisimler aras ndaki itme ya da çekme kuvvetlerinden veya konumundan ve bilefliminden ileri gelen bir enerji çeflididir. Ifl ma enerjisi, güneflten gelir ve Dünya n n birincil enerji kayna d r. Günefl enerjisi, atmosfer ve Dünyan n yüzeyini s t r, fotosentez olarak bilinen süreçte bitkilerin büyümesini sa lar. madde yap s ndaki atomlar n türü ve düzenlenmeleriyle belirlenir. Maddeler kimyasal tepkimelere girdi- inde enerji aç a ç kar, enerji depolan r veya baflka bir enerji flekline dönüflür. Bütün enerji türleri, ilke olarak birinden di erine dönüfltürülebilir. Enerji türlerinin birbirine dönüfltürülebilmesine karfl n enerjinin ne yoktan var edilebilece i ne de yok edilebilece i sonucuna var lm flt r. Bu ilke enerjinin korunumu yasas d r. Bu yasaya göre, evrenin toplam enerji miktar sabit kabul edilir. 2. S STEM VE ÇEVRE Evrenin incelemek üzere seçilen bölümüne sistem ad verilir. Sistem okyanuslar kadar büyük olabilece i gibi, bir beherin içindekiler kadar küçük de olabilir. Sistem d fl nda kalan evren parças na çevre ad verilir. Kimyan n incelendi i sistemler genellikle küçük sistemlerdir ve çal flmalar n ço u sistemle çevre aras ndaki etkileflimlere, yani enerji ve madde de iflimlerine yo unlafl r. Yayg n olarak görülen ve kimyac lar n kulland üç tip sistem vard r. Aç k sistem, kapal sistem ve izole (yal t lm fl) sistemdir. Is l enerjisi: Atom ve moleküllerin rastgele hareketiyle ilgili kinetik enerjiye s l enerjisi denir. Z plamas için yere b rakt m z topa bafllang çta belirlenen potansiyel enerji, topun yüzeyi ve çevreleyen havan n atom veya moleküllerinin toplam n n kinetik enerjisidir. Molekül ve atomlar n hareketleri artt kça, madde daha s cak hale gelir ve s l enerjisi artar. Kimyasal enerji, kimyasal maddelerin yap sal birimlerinde depolanan enerjidir. Bu enerjinin miktar Aç k sistem Kapal sistem zole sistem Çevresiyle hem madde hem de enerji al fl verifl yapabilen sisteme aç k sistem denir. 7

6 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji Çevresi ile enerji al fl verifli yapabilen fakat madde al fl verifli yapamayan sisteme kapal sistem denir. Çevre ile temas olmayan, madde ve enerji al fl veriflinde bulunmayan sisteme ise izole (yal t lm fl) sistem denir. Otomobil motoru aç k sisteme, piller kapal sisteme ve bir termos ise izole sisteme örnek verilebilir. Ayr ca izotermal, izokorik ve izobarik sistemler de eklenebilir. zotermal (S cakl Sabit) Sistem: S cakl sabit tutulan sistemlerdir. Bu sistemler ortamla her türlü enerji ve madde al fl verifli gerçeklefltirebilir. nsan vücudu ve erimekte olan ar madde örnek verilebilir. zokorik (Hacim Sabit) Sistem: Hacmi sabit tutulan sistemlerdir. Hacim de iflimi olmad ndan sistem, ortamla ifl al fl verifli yapmaz; ancak enerji al fl verifli yapabilir. Düdüklü tencere ve kalorimetre kab örnek verilebilir. zobarik (Bas nç Sabit) Sistem: Bas nc sabit tutulan sistemlerdir. Do ada gerçekleflen fiziksel ve kimyasal olaylar n ço u, atmosfer bas nc alt nda olufltu u için sabit bas nçl sistemlere örnek verilebilir. Örne in, sürtünmesiz hareketli pistonla kapat lm fl bir kapta gerçekleflen kimyasal bir tepkime izobarik sistemdir. Bu tür sistemler, ortamla hem ifl hem de enerji al fl verifli yapar. Termodinamikte; evren, sistem ve çevre olarak ikiye ayr l r. Aç k bir sistem çevre ile hem enerji hem de madde al fl verifli yapabilir, kapal sistem çevresi ile sadece enerji al fl verifli yapabilir ve izole sistem çevresiyle hem madde hem de enerji al fl verifli yapamaz. 3. Ç ENERJ Bir sistemin (kinetik ve potansiyel) enerjilerinin toplam d r. Moleküllerin öteleme kinetik enerjilerini, moleküllerin dönme ve titreflim enerjilerini, ba larda depo edilmifl kimyasal enerjiyi, moleküller aras etkileflim enerjilerini ve atomlardaki elektronlara ba l enerjiyi içine al r. Bir sistem enerjiyi yaln z iç enerji olarak içerir. Is veya ifl fleklinde içermez. Is ve ifl, sistemin çevre ile enerji de iflimlerindeki bir araçt r. ç enerji U ile gösterilir. Is q ile gösterilir. fl ise w ile gösterilir. Is ve ifl sadece sistemdeki bir de ifliklik durumunda vard r. 4. ENERJ VE fi Enerji, ifl yapabilme kapasitesi olarak tan mlanm flt. E er bir sistem; s k ca sar lm fl bir yay, tam olarak flarj edilmifl bir batarya veya çok s cak bir buhar türbini gibi çok fazla enerjiye sahip ise, çok fazla ifl yapabilir. E er bir sistem; iyi sar lmam fl bir yay, az flarj edilmifl bir batarya veya so uk su gibi çok az enerjiye sahip ise, az ifl yapabilir. Is, sistemle çevresi aras ndaki s cakl k fark ndan do an bir enerji ak fl d r. Daha s cak olandan so uk olana do ru akar. Is ve s cakl k ayn fley de ildir. Hiçbir zaman bir sistemin toplam s s ndan bahsedilemez ve mutlak s ölçülemez ancak al n p verilen s miktar ölçülür. Is enerjisinin birimi kalori dir. S cakl k, bir sistemdeki atom ve moleküllerin hareketiyle ilgili bir iç özelliktir. Maddelere s enerjisi verilince taneciklerin hareketleri artaca ndan s cakl k yükselir, s kaybedince s cakl k düfler. Hava s cakl ölçülebilir, fakat hava s s ölçülemez. 8

7 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 5. TERMOD NAM N B R NC KANUNU Termodinamik, enerjinin bilimi olarak tan mlanmaktad r. Termodinamik, de iflik enerji ( s, kinetik, potansiyel, elektrik gibi) çeflitleri aras ndaki iliflkileri ve maddelerin u rad klar fiziksel ve kimyasal de ifliklikleri aç klayan bilim dal d r. Termodinamik bize deneylerden kazan lan bilgileri kullanarak baflka deneyler yapmadan ayn sistemin de iflik özelliklerini anlama imkan sa lamaktad r. Termodinamik yard m ile bir tepkimenin kendili inden olup olmayaca, tepkimenin ne kadar ilerleyece i, tepkime s ras nda aç - a ç kacak veya absorblanacak enerji miktarlar bulunabilir. Termodinamik kanunlar, tarih boyunca tersi gözlenmedi i için do ru olduklar kabul edilen kanunlard r. Termodinami in birinci kanunu enerjinin korunumu kanunudur. Enerji yoktan var edilemez veya var olan enerji yok edilemez. Buna karfl l k bir formdan di- er bir forma dönüfltürülebilir veya bir yerden di erine transfer edilebilir. Termodinami in birinci kanununa göre, yal t lm fl bir sistemin iç enerjisi sabittir. Herhangi bir sistem için iç enerjinin gerçek de eri bilinemez ve hesaplanamaz, ancak iç enerji de iflimleri ölçülebilir. Bir sistemin hali; s cakl k, bas nç ve bileflim gibi özelliklerin de erleri belirtilerek tan mlanabilir. ç enerji bir hal fonksiyonudur. Yola ba l olmay p sistemin ilk ve son haline ba l d r. ΔU = U son U ilk ΔU nun pozitif olmas sistemin son halinin iç enerjisinin ilk halindekinden daha fazla oldu u anlam na gelir. ΔU negatif ise tersi geçerlidir. Bafllang ç halinin ilk enerjisi U; olan sistem çevreden q s absorblarsa sistemin iç enerjisi; U i + q olur. E er bu sistem, iç enerjisinin bir k sm çevreye karfl ifl yaparak kullan rsa sistemin son halinin iç enerjisi, q pozitif ise sistem çevreden s alm flt r. q negatif ise sistem çevreye s vermifltir. w negatif ise sistem taraf ndan ifl yap lm flt r. w pozitif ise sisteme karfl ifl yap lm flt r. Sistem hem s alm fl hem de çevre sistem üzerine ifl yapm fl ise sistemin iç enerjisindeki de iflme; ΔU = q + w olur. Bu durumda sistemin enerjisi hem s, hemde ifl olarak artm flt r. Bas nç sabit tutulursa V A dan V B ye geniflleme s - ras nda yap lan ifl, w = PΔV olur. ΔU = q P PΔV Sabit hacimde bas nç, hacim ifl yap lmad ndan dolay w = 0 olur. ΔU = q V w ΔU = q V olur. q V terimi sabit hacimde sistem taraf ndan so urulan s miktar n gösterir. Sabit bas nçta yap lan ifl PΔV oldu una göre, ΔU = q P PΔV dir. q P = ΔU + PΔV dir. q P terimi sabit bas nçta sistem taraf ndan so urulan s y göstermektedir. Bas nç sabit ise; q P = ΔU + PΔV Hacim sabit ise : q V = ΔU olur q P q V dir. Bir termodinamik fonksiyon olan entalpi; H = U + PV eflitli i ile tan mlan r. Sabit bas nçta entalpi de iflimi ΔH = ΔU + PΔV dir. Bundan dolay, U S = U i + q w olur. U S U i = q w elde edilir. ΔU = q w q P = ΔH olur. Bu eflitlikten de anlafl laca gibi sabit bas nçta bir sistemin d flar ya verdi i veya d flar dan ald s, entalpi de iflimine eflittir. 9

8 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji Sabit bas nçta sistem çevreden s al rsa sistemin entalpisi artar, sistemden çevreye s verilirse sistemin entalpisi azal r. 6. K MYASAL TEPK MELERDE ENERJ DE fi M Kimyasal tepkimelere enerji de iflimi efllik eder. Kimyasal tepkimelerde enerji de iflimi ekzotermik ve endotermik olabilir. Ekzotermik tepkimeler s salar, endotermik tepkimeler s absorblar. Endotermik tepkimelerde ürünlerin enerjilerinin toplam, girenlerin enerjilerinin toplam ndan yüksektir. Bundan dolay endotermik tepkimelerde enerji yukar do ru gider. PE(kkal) Is so urulmas ürünler Girenler Zaman Sistem çevreden s al r. Eneri bak m ndan düflük s cakl kta girenler ürünlerden daha kararl d r. Endotermik tepkimelerde s al nd için, al nan s girenler taraf na yaz l r. 3 O 2(g) + s O 2 3(g) Bir türün (atom, molekül veya iyon) elektron vermesi endotermiktir. Elektroliz ifllemi endotermiktir. Fiziksel olaylar n bir ço una enerji de iflimi efllik eder. Afla da verilen fiziksel olaylar endotermik de iflimlere örnek verilebilir. Erime Buharlaflma Kaynama Süblimleflme Çözünme olay çözücü ve çözünenin cinsine ba l olarak endotermik veya ekzotermik olabilir. Genellikle kat lar n s v maddeler içerisinde çözünmesi endotermik olaylara örnek verilebilir. Ekzotermik tepkimelerde girenlerin enerjilerinin toplam ürünlerin enerjilerinin toplam ndan yüksektir. Sistem çevreye s verir. Ekzo- PE(kkal) termik tepkimelerde s verildi i için, Girenler verilen s ürünler taraf na yaz l r. Is sal nmas Yanma tepkimeleri ekzotermiktir. Hid- ürünler Zaman rojen gaz ve oksijen gaz n n suyu oluflturmas ekzotermik tepkimelerin bir örne idir. Bilefliklerin elementlerine ayr flmas genellikle endotermiktir. Bu durum bilefliklerin daha basit bilefliklere ayr flmas için de geçerlidir H 2 O (s v ) kj H 2(g) + O 2(g) Ba lar n k r lmas endotermiktir. ki atomlu bir molekülde, iki atomu bir arada tutan ba n kopar lmas için enerji gerekir H 2 + O 2 + küçük bir enerji 2H 2 O + çok enerji 1 H 2(g) + O 2(g) H 2 O (s) kj 2 Genellikle metallerin oksitlenmesi ekzotermiktir. 4Fe (k) + 3O 2(g) 2Fe 2 O 3(k) kj CI 2(g) kkal 2CI (g) 10

9 BUHAR MAK NES 16. yüzy ldan bafllayarak Avrupa da nüfus h zl artt. Tar mdaki geliflmeler nüfus ihtiyac n n azalmas na ve nüfusun kentlere göç etmesine neden oldu. Avrupa ülkelerinin sömürgecilik ve savafllardan elde ettikleri para ve hazinenin Avrupa ya aktar lmas, sermayenin birikmesine burjuva s n f n oluflmas na ve yeni yat r m alanlar aranmaya bafllanmas na neden oldu. Üstelik yaflam yükselince tüketim talebi artt. Buna benzer nedenler oluflunca sanayi devrimi ngiltere den bafllayarak tüm Avrupay sard. Sanayi Devrimi ya da Endüstri Devrimi, Avrupa da 18. ve 19. yüzy llarda yeni bulufllar n üretime uygulanmas ve buhar gücüyle çal flan makinelerin makineleflmifl endüstriyi do urmas, bu geliflmelerin de Avrupa daki sermaye birikimini artt rmas na denir. Buhar makinesi, buhar n içinde var olan s enerjisini, mekanik enerjiye dönüfltüren bir d fltan yanmal motordur. Buhar makineleri, lokomotifler, buhar gemileri, pompalar buharl traktörler vb olabilir. Çal flma prensibi olarak, s enerjisini alan su buharlaflarak genifller ve bir odac a al n r, odac k so utuldu unda s v hale geçen buhar vakum yarat r böylece mekanizmalar n hareket almas ile mekanik enerjiye yani ifle dönüflür. Buhar gücünün ilk faydal uygulamas 1679 y l nda Denis Papin den geldi. Papin düdüklü tencere icat etmifltir. Amac suyu daha yüksek s cakl kta kaynatmakt. Yüksek s da kemikler yumufluyor ve et daha çabuk pifliyordu y l nda, Thomas Savery, ilk ticari olarak sat lan buhar makinesi yapm flt r. Maden oca ndaki suyu atmak amac yla yap lm flt r. Çal flma prensibi ise buhar kazan ndan gelen buhar odac dolar. Odac n üzerine so uk su döküldü ünde suya dönüflen buhar vakum yarat r. Odakc ktaki su seviyesi yükselir. Vana yard m yla oda buhar doldu unda ifl yapm fl olur. Yani madenden su çekilmifl olur de Thomas Newcomen yeni bir tür buhar makinesi gelifltirdi. Bu makinenin pistonu bir zincir yard m yla bir tür tahteravalli benzeri bir kald raca, kald raç ise tulumbaya ba lanm flt. Piston silindirin en üst noktas nda iken silindirin içine gönderilen so uk su buhar yo unlaflt r l yordu. Böylece atmosferik bas nç pistona afla ya do ru kuvvet uygulad nda su madenden yükseliyordu y l nda bozulan Newcomen makinelerinden birini onaran James Watt, bu makineyi gelifltirerek iki odal ve supapl hale getirmifltir. Bu odalardan biri sürekli s cak di eri so uk tutuldu. Watt 1781 yeni mekanik aksamlar ekleyerek makineyi iyice gelifltirdi y l nda Charles Algenon Parsons ilk baflar l buhar türbinini yapm flt r. Bu sayede yüksek h zl gemi yap m kolaylaflm fl ve jenaratörlerin de kullan lmas kolaylaflm flt r y l na kadar buharl motorlar sadece su pompalar n ve tekstil makinelerini çal flt rmak için kullan lm flt r y l nda ise John Fitch ilk vapuru Delaware nehrine indirmifltir y l nda buharl vapur okyanusa aç lm flt r. Okyanusu aflan ilk gemi 1819 da ngiliz gemisi oldu y l nda gemi pervanesinin, yan çarklar ndan daha etkili oldu u keflfedilince gemi teknolojisi h zla geliflti. Bunu buharl lokomotifler ve otomobiller izledi. Sanayi devriminin en önemli geliflmelerinden birisi buharl makinenin bulunufludur. 11

10 K MYASAL REAKS YONLAR VE ENERJ LÜ SORULAR 1 (OKULA YÖNEL K SORULAR) 1. Is yaln zca sistemin s n rlar ndan çevreye aktar lan veya çevreden absorblanan enerji biçimidir. Bir tepkimenin oluflturuldu u bir sistemde çevreye s aktarmaktad r. Aktar lan s miktar ; I. S cakl n ne kadar de iflti i, II. Maddenin miktar, III. Maddeyi oluflturan atomlar n veya moleküllerin türü. faktörlerinden hangilerine ba l d r? A) Yaln z I B) Yaln z II C) I ve II D) I ve III E) I, II ve III 3. Sistemler a) Aç k sistem b) Kapal sistem c) zole sistem d) zotermal sistem Örnek Olaylar I. Yal t lm fl bir demlikteki s cak kahve II. Sabit s cakta erimekte olan bir kat III. Yanan bir mum IV. Potansiyel enerji V. Elektrik pili Yukar da verilen sistemler ile olaylar efllefltiriliyor. Hangi örnek olay sistemlerle efllefltirilmede kullan lamaz? A) I B) II C) III D) IV E) V 2. Kapal bir sistemin iç enerjisini art rmak için; I. Sistemi s tmak, II. Sistemin üzerinde bir ifl yapmak, III. Sistemdeki madde miktar n art rmak. ifllemlerinden hangileri uygulanabilir? A) Yaln z I B) Yaln z II C) I ve II 4. I. Uzay meki i itici roketi II. Kapal bir flifledeki propan gaz III. Bir kalorimetre bombas ndaki benzenin yanmas Yukar da verilen sistemlerden hangileri kapal sisteme örnek verilebilir? A) Yaln z I B) Yaln z II C) I ve II D) II ve III E) I, II ve III D) II ve III E) I, II ve III 12

11 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 5. I. Bir otomobil motorunda yanan benzin, II. Canl bir bitki, III. Bir termometredeki c va Yukar da verilen sistemler için afla dakilerden hangisi do ru olur? Aç k Sistem Kapal Sistem zole sistem A) I II III B) I III II C) I, II II D) III II I E) I, II III 7. Yanda verilen tepkime kab hareketli ve sürtünmesiz bir piston ile kapat lm flt r. M Bu sistemin enerjisini art rmak için; XY (g) Y 2(g) I. Sisteme XY ve Y 2 gazlar ilave etmek, II. Sistemi s tmak, III. Sisteme karfl ifl yapmak ifllemlerinden hangileri yap l rsa do ru olur? A) Yaln z I B) Yaln z II C) I ve II D) I ve III E) I, II ve III 6. I. Tepkime kab II. Laboratuvar III. Okul binas Okul laboratuvar nda gerçeklefltirilen bir tepkime için yukar da verilenlerden hangileri tepkimenin olufltu u bir sistemin çevresini oluflturur? A) Yaln z I B) Yaln z III C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III 8. I. Kapal bir kapta bulunan gazlar n molekülleri h zl hareket etmektedir. II. Bir metal parças n n yap s ndaki atomlar birbirine çok yak nd r. III. yi sar lmam fl bir yay Yukar da verilen sistemlerden hangilerinin iç enerjileri yüksektir? A) Yaln z I B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III 13

12 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 9. fi k flt r lm fl yay Gevflek yay Bir yay s k flt r ld nda; I. Atomlar s k flt r lm fl olur. II. Potansiyel enerji azal r. III. Sistemin iç enerjisi artar. yarg lar ndan hangileri do ru olur? A) Yaln z I B) Yaln z II C) I ve II D) I ve III E) II ve III 11. Bir sistem 495 kj lük ifl yaparken s olarak 255 kj enerji kazan yor. Sistemin iç enerji de iflimi ne kadard r? A) 75 kj B) 240 kj C) +240 kj D) +495 kj E) +750 kj 10. Bir sisteme karfl 25 kj lük ifl yap l yor. Ayn sisteme d flar dan 40 kj lük s sa lan yor. Buna göre, sistemin iç enerjisindeki de iflim için hangi do ru olur? A) +65 kj B) +40 kj C) +25 kj D) 15 kj E) 65 kj 12. I. Suyun buharlaflmas II. CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (s) III. Naftalinin süblimleflmesi Yukar da verilen olaylardan hangileri endotermiktir? A) Yaln z I B) Yaln z II C) I ve II D) I ve III E) II ve III 14

13 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 14. Afla da verilen süreçlerden hangisi endotermiktir? A) NH 3(g) NH 3(s) B) NaCI (k) NaCI (s) C) N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) D) Br 2(s) Br 2(k) E) C 5 H 12(g) + 8O 2(g) 5CO 2(g) + 6H 2 O (s) 13. I. Kar tanelerinin oluflmas II. Bir kat n n suda çözünmesi III. Bir maddenin yanmas Yukar da verilen olaylardan hangileri kesinlikle ekzotermiktir? A) Yaln z I B) Yaln z II C) Yaln z III D) I ve II E) I ve III 15. I. Bir otomobil motorunda yanan benzin II. Bir termometredeki c va III. Canl bir bitki IV. Bir kalorimetre bombas ndaki benzinin yanmas Yukar da verilen sistemlerden hangileri aç k sistemdir? A) I ve II B) II ve IV C) I ve III D) II, III ve IV E) I, III ve IV 15

14 K MYASAL REAKS YONLAR VE ENERJ ALIfiTIRMALAR 1 (OKULA YÖNEL K SORULAR) 1. Bir sisteme 85 kj lük s sa lan yor ve ayn zamanda sisteme karfl 28 kj lük ifl yap l yor. Sistemin toplam iç enerjisi de iflimi ne kadard r? 4. Belli bir sistem 735 kj lük ifl yaparken s olarak 370 kj lük enerji kazan yor. ç enerji de iflimi ne kadard r? 2. Bir sisteme karfl 35 kj lük ifl yap l rken sistemden d flar ya 88 kj lük s ak yor. Buna göre, sistemin iç enerjisindeki de iflme nedir? 5. Kapal bir sistemin iç enerjisini art rmak için; I. Sistemi s tmak, II. Sistem üzerinde bir ifl yapmak, III. Sistemin s cakl n düflürmek ifllemlerinden hangisinin yap lmas do ru olur? 3. I. ç enerji bir hal özelli idir. II. ç enerji tüm taneciklerin kinetik enerjileri ile, taneciklerin birbiriyle etkileflimlerinden do an potansiyel enerjilerin toplam d r. III. ΔU nun pozitif olmas sistemin son halinin iç enerjisinin ilk halinkinden daha büyük oldu u anlam na gelir. Bir sistemin iç enerjisi ile ilgili yukar da verilenlerden hangileri do ru olur? 6. I. zole bir sistemin iç enerjisi sabittir. II. Enerji yoktan var edilemez veya var olan enerji yok edilemez. III. Enerji bir formdan di er bir forma dönüfltürülebilir. Termodinami in birinci kanunu için yukar - dakilerden hangileri do rudur? 16

15 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 7. I. nsan vücudu II. Otomobil motoru III. Buz torbas Yukar da verilen sistemlerden hangileri aç k bir sisteme örnek verilebilir? 10. I. Kolonyan n buharlaflmas II. Bal mumunun erimesi III. Sönmemifl kirecin suda çözünmesi IV. Ya murun oluflmas Yukar da verilen olaylardan hangileri ekzotermiktir? 8. I. Elektrik pilleri II. Termoslar III. Yanan bir propan oca Yukar da verilen sistemlerden hangileri kapal bir sisteme örnek verilebilir? 11. I. yi sar lmam fl bir yay II. Boflalm fl bir batarya III. So uk su Yukar da verilen sistemlerden hangilerinin ifl yapabilme kapasiteleri düflüktür? 9. I. Demirin paslanmas II. Mumun erimesi III. Kat naftalinin gaz haline geçmesi Yukar da verilen olaylardan hangileri endotermiktir? 12. I. Sisteme madde ilave etmek II. Sistemin üzerine ifl yapmak III. Sistemi s tmak Kapal bir sistemin iç enerjisini art rmak için yukar dakilerden hangileri yap labilir? 17

16 SİSTEMLERDE ENTALPİ DEĞİŞİMİ 1. ENTALPİ 2. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENTALPİ DEĞİŞİMİNİN HESAPLANMASI a) MOLAR OLUŞUM ENTALPİSİ VE ENTALPİ DEĞİŞİMİ b) HESS KANUNU c) KALORİMETRE KABI VE ENTALPİ DEĞİŞİMİ d) BAĞ ENERJİSİ VE ENTALPİ DEĞİŞİMİ Kimyasal ve fiziksel olaylara termodinamik yasaları başarıyla uygulanabilmektedir. Termodinamiğin birinci yasası enerjinin korunumu yasası temeline dayanır. Termodinamiğin ikinci yasası istemli olaylarla ilgilidir. Bir tepkimenin istemliliği entropi ile belirlenir. İkinci yasa önemli bir olayda evrenin entropi değişiminin pozitif olması gerektiğini ifade eder. Üçüncü yasa mutlak entropilerin belirlenmesini sağlar. 2. BÖLÜM

17 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji S STEMLERDE ENTALP DE fi M 1. ENTALP Bir kimyasal tepkimede enerji de iflimi incelenirken sabit hacim flart uygun koflul de ildir. Tepkimelerin ço u sabit bas nçta gerçeklefltirilir. Böyle bir tepkime de mol say s artarsa, sistem çevreye ifl yapar ve gaz atmosfere girdi inde çevredeki havay iter. Tepkimede mol say s azal rsa, çevre taraf ndan ifl yap l r. Tepkimede giren ve ç kan gazlar n mol say lar nda net bir de iflim yoksa ifl yap lmaz. Genel olarak sabit bas nç koflulunda; ΔU = q w = q P w q P = ΔU + w olur. Örne in, kömürün yanmas ile oluflan entalpi de- iflimi negatiftir. Endotermik bir tepkimenin son halinin enerjisi ilk halinin enerjisinden daha büyük olaca ndan, endotermik tepkimeler için entalpi de iflimi; ΔH > 0 olur. Örne in, sodyum tuzlar n n suda çözünmesinde entalpi de iflimi pozitiftir. Tepkimenin veya olay n türüne göre entalpi de iflimi de iflik isimlerle ifade edilir. q P deki p sabit bas nç koflulunu ifade etmektedir. Buna göre, Entalpi; sabit bas nç koflulunda sistemin iç enerjisine entalpi denir. Entalpi H ile gösterilir. Entalpi bir hal özelli idir. Entalpi, sistemin o anki haline (örne in sistemin s cakl na) ba l d r. Sistemin hangi yoldan son haline ulaflt na ba l de ildir. 1 atm bas nç, 25 C s cakl k kofluluna standart koflullar denir. Bir sistemin standart koflullardaki entalpisi H ile gösterilir. Bir sistemin entalpisi ölçülemez. Fakat entalpi de iflimi ölçülebilir. Entalpi de iflimi ΔH ile gösterilir. Standart koflullardaki entalpi de iflimi ΔH ile gösterilir. Bir hal fonksiyonu olan entalpinin de iflimi; ΔH = H son H ilk fleklinde olur. Ekzotermik bir tepkimenin son halinin enerjisi ilk halinin enerjisinden daha düflük olaca ndan, ekzotermik tepkimeler için entalpi de iflimi; ΔH < 0 olur. a) Bir maddenin bir molünün buhar ve s v halleri aras ndaki entalpi fark na buharlaflma entalpisi denir. ΔH b ile gösterilebilir. Su için ΔH b = + 40,7 kj/mol dür. b) Bir maddenin bir molünün s v ve buhar halleri aras ndaki entalpi fark na yo unlaflma entalpisi denir. ΔH y ile gösterilebilir. Su buhar için yo unlaflma entalpisi 40,7 kj/mol dür. c) Bir maddenin bir molünün s v ve kat halleri aras ndaki entalpi fark na erime entalpisi denir. ΔH e ile gösterilebilir. d) Bir maddenin bir molünün kat ve s v halleri aras ndaki entalpi fark na donma entalpisi denir. ΔH d ile gösterilebilir. Su için donma entalpisi ΔH d = 6,01 kj/mol dür. e) Bir mol kat maddenin süblimleflirken entalpi de- iflimine süblimleflme entalpisi denir. ΔH sübl ile gösterilebilir. Sodyum metalin süblimleflme entalpisi ΔH sübl = +101 kj/mol dür. 19

18 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji f) Bir maddenin standart hali 1 atm bas nç alt nda ve 25 C da kararl oldu u haldir. ΔH simgesi standart entalpi de iflimini göstermek için kullan - l r ve sadece standart haldeki maddelerin yer ald tepkimelere uygulan r. Standart halde 1 mol bilefli in standart haldeki elementlerinden oluflumuna ait entalpi de iflimine standart oluflum entalpisi denir. Elementlerin standart oluflum entalpileri s f r kabul edilir. N 2(g), CI 2(g), Fe (k), O 2(g) gibi maddelerin standart oluflum entalpileri s f rd r. CI (g), Fe (s), H + (g) gibi maddelerin standart oluflum entalpileri s f r de ildir. Madde Standart Oluflum Entalpileri ΔH ol (kj/mol) Herhangi bir tepkimenin standart entalpisini elde etmek için standart oluflum entalpilerinden yararlan l r. g) Bir mol maddenin standart koflullarda oksijenle tam olarak yak lmas nda oluflan entalpi de iflimine standart yanma entalpisi denir. Organik bir bileflik yak ld nda; karbon, karbondioksite; hidrojen suya dönüflürken azot, N 2 halinde ayr l r. Bazen azot oksitleri oluflabilir. Bir yak t n gram bafl na yanma entalpisine, bir yak t n s de eri denir ve spesifik entalpisi olarak adland r l r. S v bir yak t n yak lmas halinde litre bafl na elde edilen s ya entalpi yo unlu u denir. AgCI (k) AI 2 O 3(k) HBr (g) CO (g) CO 2(g) CaO (g) CaCO 3(k) HCI (g) CuO (k) HF (g) H 2 O (g) H 2 O (s) H 2 O 2(s) HI (g) MgO (k) MgCO 3(k) NH 3(g) NO (g) NO 2(g) N 2 O 4(g) N 2 O (g) SO 2(g) O 3(g) SO 3(g) H 2 S (g) ZnS (k) C 6 H 6(s) C 2 H 5 OH (s) C 2 H 2(g) C 6 H 12 O 6(k) CH 4(g) 127, ,9 36,2 110,5 393,5 635,6 1206,9 92,3 155,2 268,61 241,8 285,8 187,6 +25,94 601,8 1112,9 46,3 +90,25 +33,18 +9,16 +81,56-296,1 +142,2-395,2 20,15-347, , , ,81 2. K MYASAL TEPK MELERDE ENTALP DE fi M N N HESAPLANMASI Bir tepkimedeki veya sistemdeki enerji de iflimi, dolay s yla entalpi de iflimi daha önce aç klanm flt. ΔH = ΔU + PΔV olarak formüle edilmifltir. Bir tepkimenin tepkenleri (girenleri) ve ürünleri standart hallerinde ise entalpi de iflimine standart entalpi de iflimi denir. ΔH veya ΔH tep olarak gösterilebilir. Standart entalpi de iflimine tepkime s s veya tepkime entalpisi denilecektir. Bir tepkimenin entalpisi afla daki yöntemler kullan larak hesaplanabilir. a) Standart oluflum entalpileri kullan larak tepkimenin standart entalpi de iflimi hesaplanabilir. b) Hess kanunu kullan larak tepkimenin standart entalpi de iflimi hesaplanabilir. c) Ba enerjileri kullan larak tepkimenin standart entalpi de iflimi hesaplanabilir. d) Kalorimetre kab kullan larak tepkimenin standart entalpi de iflimi hesaplanabilir. 20

19 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji a) MOLAR OLUfiUM ENTALP S VE ENTALP DE fi M Standart Molar Oluflum Entalpilerinden tepkime s s (tepkime entalpisi) n n hesaplanmas Tepkimelerin entalpi de iflimi, tepkime entalpisi, ΔH tep olarak sembolize edilebilir ve bu, ürünlerin entalpileri ile girenlerin entalpileri aras ndaki fark olarak tan mlan r. ΔH tep + ΔH ürünler ΔH girenler standart koflullar olunca, ΔH tep = ΔH ürünler ΔH girenler fleklinde yaz labilir. Σ (sigma) iflaretinin anlam toplam d r. Yukar daki eflitlik, ΔH tep = ΣΔH ol(ürünler) ΣΔH ol(girenler) fleklinde formüle edilebilir. Bir tepkimenin standart entalpi de ifliminin hesaplanmas nda bu formül (eflitlik) kullan labilir. 2NH 3(g) + 3CI 2(g) N 2(g) + 6HCI (g) tepkimesinin entalpi de iflimi, oluflum entalpileri kullan larak hesaplanabilir. NH 3(g) için ΔH = 46,19 kj/mol HCI (g) için ΔH = 92,30 kj/mol oldu una göre; ΔH = ΣΔH ol(ürünler) Σ ΔH ol(girenler) Hess kanunu flöyle tan mlanabilir. Girenlerin ürünlere dönüflümündeki entalpi de iflimi, tepkimenin bir basamakta veya birden fazla basamakta ceryan etmesine ba l olmaks z n ayn de erdedir. ΔH bir kapasite özelli idir. Entalpi de iflimi sistemdeki madde miktar ile do ru orant l d r. Bir tepkimenin katsay lar bir faktörle çarp l r veya bir faktöre bölünürse ΔH de eri de çarp l r veya bölünür. N 2(g) + O 2(g) 2NO (g) ΔH = 180,50 kg ise, , 50 N 2(g) O 2(g) NO (g) ΔH = = 90,25 kj Tepkime tersine döndürüldü ünde ΔH n iflareti de iflir. fllem tersine döndürüldü ünde, bir hal fonksiyonu olan ΔH n iflareti tersine döner. C (k) + O 2(g) CO 2(g) CO 2(g) C (k) + O 2(g) ΔH = 393,5 kj ΔH = +393,5 kj ΔH =[ΔH (N 2 )+6ΔH (HCI)] [2ΔH (NH 3 )+3ΔH (CI 2 )] olur. ΔH = [0 + 6 ( 92, 30)] [2( 46,19) + 0] ΔH tep = 553, ,38 ΔH tep = 461,42 kj olur. b) HESS KANUNU Hess Kanunu nun kullan larak tepkime s s n n (entalpisinin) hesaplanmas Hess kanunu, tepkime ister bir basamakta, isterse birkaç basamakta gerçekleflmifl olsun, herhangi bir kimyasal tepkimedeki entalpi de ifliminin sabit oldu unu belirtir. Hess kanununun ifadesi flöyledir; Bir ifllem basamaklar ya da kademeler fleklinde yürüyorsa, toplam (net) ifllemin entalpi de iflimi, tek tek basamaklar n ya da kademelerin entalpi de iflimlerinin toplam na eflittir. Hess in tepkime s lar n n toplanabilirli i yasas Bir tepkime basamaklar fleklinde yürüyorsa, toplam ifllemin entalpi de iflimi, tek tek basamaklar n entalpi de iflimleri toplam na eflittir. C 3 H 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) + 4H 2 O (s) ΔH = 2218,9 kj C (grafit) + O 2(g) CO 2(g) ΔH = 393,5 kj 1 H 2(g) + O 2(g) H 2 O (s) ΔH = 285,8 kj 2 oldu una göre, 3C(grafit) + 4H 2(g) C 3 H 8(g) ΔH =? Bu ifllemi yapabilmek için birinci denklem ters çevrilecek, ikinci tepkime 3 ile çarp lacak ve üçüncü tepkime 4 ile çarp lacakt r. 21

20 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 3CO 2(g) 4H 2 O (s) C 3 H 8(g) + 5O 2(g) 3C (grafit) + 3O 2(g) 3CO 2(g) ΔH = ,9 kj ΔH = 1180,5 kj 4H 2(g) + 2O 2(g) 4H 2 O (s) ΔH = 1143,2 kj 3C (grafit) + 4H 2(g) C 3 H 8(g) toplu tepkimenin entalpi de iflimi; ΔH = +2219,9 1180,5 1143,2 = 103,8 kj c) KALOR METRE KABI VE ENTALP DE fi M Kalorimetre kab n n kullan larak tepkime s s n n hesaplanmas. fiekilde verilen kalorimetre çeflidine kalorimetre bombas denir ve yanma tepkimelerinde aç a ç kan s y ölçmede kullan l r. zolasyon özelli i olan d fl kap içerisinde bulunanlar sistemi meydana getirirler. Bunlar bomban n kendisi, su, termometre, kar flt r c ve di erleridir. Kalorimetre de yanma tepkimesi gerçekleflti inde, kimyasal enerji s enerjisine dönüflür ve sistemin s cakl artar. Örne in yanmas ile oluflan s, su ve kalorimetre bombas taraf ndan so urulur. Kalorimetre çevreye s ve kütle aktar m olmayacak flekilde tasarlanm flt r. Termometre Elektrik s tma teli Kar flt r c Sisteme s girifl ç k fl olmad nda sistemin s de iflimi s f r olur. q sistem = q kal + q tep = 0 q tep = q kal q kal = kalorimetrenin s kap. Δt q kal = C kal. Δt Kalorimetrenin s kapasitesi (C kal ), yanma s tam olarak bilinen bir madde yak larak bulunur, yani kalibre edilir. ÖRNEK Bir kalorimetre kab n n s kapasitesi 1,3 kkal/ C dir. Bu kapta 2 gram N 2 H 4 yak l nca sistemin s cakl 5 C den 12 C ye yükseliyor. N 2 H 4 bilefli inin molar yanma s s kaç kkal dir? (N = 14, H = 1) A) 45,5 B) 45,5 C) 145,6 D) 145,6 E) 130,6 su Telkenler Çelik bomba Kalorimetre bombas düzene i Bomban n alt k sm nda bulunan örne e bir demir tel dald r l r. Bomba düzene i yüksek bas nçl O 2(g) ile doldurulur ve suya dald r l r. Bafllang ç s cakl ölçülür. Örnek, elektrik ak m yla s t larak atefllenir. Yanmadan sonra kalorimetre düzene inin s cakl yeniden ölçülür. 22

21 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji d) BA ENERJ LER VE ENTALP DE fi M Tepkimenin entalpi de iflimi, ba enerjileri kullan larak hesaplanabilir. ki atomu bir arada tutan ba n kopar lmas için gerekli olan enerjiye ba ayr flma enerjisi ya da k saca ba enerjisi denir. Atomlardan moleküllerin oluflmas s ras nda enerji aç a ç kar, ba koparmak için ayn miktar enerjiyi moleküle vermek gerekir. Ba Enerjileri Bir tepkimede, önce tepkimeye giren moleküllerin ba lar kopmakta ve gaz halindeki atomlar oluflturmaktad r. Bu basamakta, ba enerjilerine BE dersek; entalpi de iflimi, ΔH (ba ayr flmas ) = Σ BE (girenler) olur. Daha sonra, gaz halindeki atomlar ürün moleküllerini oluflturacak flekilde bir araya gelmektedir. Bu basamakta ba lar oluflmakta olup entalpi de iflimi, ΔH (ba oluflumu) = Σ BE (ürünler) olur. Ba Ba Enerjisi (kj/mol) Tepkimenin entalpi de iflimi; H H 436 ΔH tep = ΔH (ba ayr flmas ) ΔH (ba oluflumu) H C H N ΔH tep = ΣBE (girenler) ΣBE (ürünler) H O 464 H S H F ÖRNEK H CI H Br H I C C C = C C C CH 4(g) + CI 2(g) CH 3 CI (g) + HCI (g) tepkimesinin entalpi de iflimi nedir? (C H : 414 kj, CI CI : 243 kj, C CI : 339 kj, H Cl:431 kj) A) 431 B) 339 C) 113 D) +243 E) +414 C N 305 C = N C N C O 360 C = O 736 C CI 339 N N 163 N = N 418 N N 946 N O 222 N = O 590 O O 142 O = O 498 F F 159 CI CI 243 Br Br 193 I I

22 K MYASAL REAKS YONLAR VE ENERJ LÜ SORULAR 2 (OKULA YÖNEL K SORULAR) 1. X 2(g) + 3Y 2(g) 2XY 3(g) tepkimesinde 2,8 gram X 2 harcand nda 2200 kal s aç a ç kmaktad r. Buna göre, tepkimenin entalpisi kaç kkal dir? (X = 14) A) 22 B) 11 C) +5, 5 D) +11 E) CO 2(g) ve H 2 O (s) nin standart molar oluflma s lar s ras yla 94,0 ve 68,3 kkal dir. 23 gram etil alkol (C 2 H 5 OH) yand nda 160 kkal s aç a ç - k yor. Buna göre, etil alkolün standart molar oluflma s s kaç kkal dir? A) +72,9 B) +32,0 C) 68,3 D) 72,9 E) Baz bilefliklerin molar oluflma s lar afla daki gibidir. CH 3 OH (g) ΔH = 48,3 kkal CO 2(g) ΔH = 94,0 kkal H 2 O (g) ΔH = 57,8 kkal Buna göre CH 3 OH (g) n molar yanma s s kaç kkald r? A) 357,4 B) 161,3 C) 26,3 D) +151,3 E) +161,3 4. Karbon ve hidrojenden oluflan bir bilefli in m gram yak ld nda 132 gram CO 2 gaz ve 27 gram su oluflurken 390 kkal s aç a ç k yor. Bilefli in molar yanma s s 780 kkal oldu una göre, bilefli in molekül formülü afla dakilerden hangisidir? (H = 1, C = 12, O = 16) A) C 2 H 2 B) C 3 H 6 C) C 2 H 4 D) C 6 H 6 E) C 6 H 8 24

23 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 6. Mn (k) + 1/2O 2(g) MnO (k) ΔH 1 = 92 kkal 1 Mn 2 O 3(k) 2MnO (k) + O 2(g) ΔH 2 = +48,6 kkal 2 1 3Mn 2 O 3(k) 2Mn 3 O 4(k) + O 2(g) ΔH 3 = +25 kkal 2 oldu u bilinmektedir. Buna göre, 3Mn (k) + 2O 2(g) Mn 3 O 4(k) tepkimesinin, tepkime s s kaç kkal dir? A) 336,4 B) 229,9 C) 125,6 5. Madde Molar oluflma s lar 94,0 kkal CO 2(g) H 2 O (s) 68,3 kkal D) +125,6 E) +361,4 CH 3 OH (s) nin molar yanma s s 174 kkal dir. Buna göre, 6,4 gram CH 3 OH n elementlerinden oluflmas s ras nda s de iflimi kaç kkal dir? (H = 1, C = 12, O = 16) A) 11,32 B) 26,4 C) 46,2 D) +11,2 E) +26,4 25

24 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 8. C (k) + 2H 2(g) CH 4(g) ΔH 1 = 17,9 kkal 2H 2 O (s) 2H 2(g) + O 2(g) 2C (k) + 2O 2(g) 2CO 2(g) ΔH 2 = +136,6 kkal ΔH 3 = 188 kkal oldu una göre, 4 gram CH 4 yan nca kaç kkal s aç a ç kar? (C = 12, H = 1) A) 34,75 B) 36,1 C) 53,175 D) 53,6 E) 45,05 7. H 2 S (g) H 2(g) + 1/8S 8(k) ΔH = +4,8 kkal 1/8S 8(k) + O 2(g) SO 2(g) ΔH 2 = 71 kkal 2H 2 O (g) 2H 2(g) + O 2(g) ΔH 3 =+115,6 kkal Yukar da verilen bilgilere göre; H 2 S (g) + 3/2O 2(g) SO 2(g) + H 2 O (g) tepkimesinin, tepkime s s kaç kkal dir? A) 44,6 B) 124 C) 181,8 D) 191,4 E) 186,6 9. Bir kalorimetrenin s s as 200 g suyun s s as na eflittir. Bu kapta 2,4 g karbon elementi, C (k) + O 2(g) CO 2(g) + 94 kkal tepkimesine göre yak l yor. Kalorimetrenin ilk s cakl 1 C oldu una göre, son s cakl kaç C olur? (C = 12, C su = 1 kal/g C) A) 95 B) 94 C) 58 D) 48 E) 47 26

25 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji graml k bir cam kalorimetrede 500 g su bulunmaktad r. Suyun s cakl 12 C dir. Bu kapta; graml k cam kalorimetrede 1 kg su bulunmaktad r. Bu kalorimetrede 14 g KOH çözündü- ünde kalorimetrenin s cakl 25 C den 28 C ye ç kmaktad r. KOH n molar çözünme s s kaç kkal dir? (K = 39, O = 16, H = 1, C su = 1 kal/g C, C cam = 0,2 kal/g C) A) 3,3 B) 7,2 C) 13,2 D) 5,3 E) 14 X 2(g) + 3Y 2(g) 2XY 3(g) tepkimesine göre 0,2 mol XY 3 oluflunca suyun s cakl 22 C oluyor. Buna göre, XY 3 ün molar oluflma s s kaç kkal d r? (C su = 1 kal/g C, C cam = 0,2 kal/g C) A) +5,8 B) 5,8 C) 29 D) +29 E) 58 27

26 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 12. Ba lar Ba enerjileri C H 99 kkal/mol H H 104 kkal/mol oldu una göre, C + 2H 2 CH 4 tepkimesinin ΔH de eri kaç kkal dir? A) 188 B) 94 C) 5 D) 94 E) Ba lar Ba enerjileri I I 36,2 kkal H H 103,4 kkal H I 76 kkal Bilgileri veriliyor. Buna göre, H 2(g) + I 2(g) 2HI (g) tepkimesinin s s (ΔH) kaç kkal d r? A) +6,2 B) 12,4 C) 13,8 D) +13,8 E) +12,4 13. Ba lar Ba enerjileri N N 225 kkal H H 104 kkal N H 93 kkal oldu una göre, N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) tekimesinin, tepkime s s (ΔH) kaç kkal dir? 15. Ba lar Ba enerjileri O H 110 kkal O = O 118 kkal H H 104 kkal oldu una göre, H 2 + 1/2 O 2 H 2 O tepkimesinde 6 gram su oluflurken kaç kkal s aç a ç kar? (H = 1, O = 16) A) 18 B) +18 C) 19 D) +19 E) 57 A) 15 B) +15 C) 21 D) +21 E) 10,5 28

27 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji Al (k) + 3/2 O 2(g) Al 2 O 3(k) 2,7 gram Al (k) tamamen yan nca aç a ç kan s 10 C deki 2 kg suyun s cakl n 20 C ye yükseltiyor. Buna göre, Al 2 O 3(k) ün molar oluflma s s kaç kkal dir? (Al = 27, C su = 1 kal/g C) A) 200 B) 400 C) 800 D) 100 E) Bir kalorimetre ve içindeki suyun s cakl n n 1 C artmas için 1,5 kkal s gerekmektedir. Bu kalorimetre içinde 24,5 g s v H 2 SO 4 çözündü ünde sistemin s cakl 10 C de 13 C ye ç km flt r. Buna göre, H 2 SO 4 s v s n n molar çözünme s s kaç kkal dir? (H = 1, S = 32, O = 16) graml k bak r kalorimetrede 200 gram su bulunmaktad r. Suyun s cakl 15 C dir. Bu kapta 8 gram NaOH çözününce suyun s cakl 25 C olarak ölçülüyor. A) 8 B) 9 C) 9 D) 18 E) 27 NaOH in molar çözünme s s kaç kkal dir? (Na = 23, O = 16, H = 1, C su = 1 kal/g C, C bak r = 0,1 kal/g C) A) +2,1 B) 5 C) 10 D) 10,5 E) 10,5 29

28 K MYASAL REAKS YONLAR VE ENERJ ALIfiTIRMALAR 2 (OKULA YÖNEL K SORULAR) 1. CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (s) kkal 25,6 g O 2 gaz ile 4 g CH 4 gaz tepkimeye sokuluyor. Buna göre, a) Hangi maddeden kaç mol artar? (C = 12, H = 1, O = 16) b) En fazla kaç kkal s aç a ç kar? 5. H 2 S (g) + 3/2O 2(g) H 2 O (g) + SO 2(g) + 81 kkal Normal koflullarda 56 litre hava ile yeterince H 2 S yak ld nda kaç kkal s aç a ç kar? 2. S (k) + O 2(g) SO 2(g) ΔH = 71 kkal 4,8 g S (k) ile NK da 22,4 litre hava tepkimeye sokuluyor. Buna göre, a) Hangi maddeden kaç mol artar? (S = 32, O = 16) b) En fazla kaç kkal s aç a ç kar? c) Aç a ç kan s ile 5 kg suyun s cakl 5 C den kaç C ye ç kar labilir? 6. Baz bilefliklerin molar oluflma s lar afla da veriliyor. C 2 H 2(g) ΔH = +54 kkal/mol ΔH = 94 kkal/mol CO 2(g) H 2 O (g) ΔH = 57,8 kkal/mol Buna göre, asetilen (C 2 H 2 ) gaz n n molar yanma s s kaç kkal d r? 3. CS 2(g) + 3O 2(g) CO 2(g) + 2SO 2(g) kkal 8 gram CS 2 ile 9,6 gram O 2 tepkimeye sokuluyor. Buna göre, (C = 12, O = 16, S = 32) a) Hangi maddeden kaç gram artar? b) Kaç kkal s aç a ç kar? 7. N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3 ΔH 1 = 22 kkal H 2 O (s) H 2(g) + 1/2O 2(g) ΔH 2 = +68 kkal N 2(g) + O 2(g) + 21 kkal 2NO (g) tepkimeleri veriliyor. Buna göre, 2NH 3(g) + 5/2O 2(g) 2NO (g) + 3H 2 O (s) tepkimesinin, tepkime s s (ΔH 4 ) kaç kkal dir? 4. H 2 S (g), SO 2(g), CO 2(g) bilefliklerinin molar oluflma s lar bilinmektedir. Buna göre, I. H 2 S (g) + 3/2 O 2(g) H 2 O (g) + SO 2(g) II. CS 2(g) + 3O 2(g) CO 2(g) + 2SO 2(g) III. CO (g) + 1/2 O 2(g) CO 2(g) tepkimelerinden hangilerinin, tepkime s s hesaplanamaz? 8. 6,4 gram CH 3 OH yak l nca aç a ç kan s, 1 kg suyun s cakl n 12 C den 49 C ye ç kar yor. CO 2(g) ve H 2 O (s) bilefliklerin molar oluflma s lar 94 ve 68 kkal oldu una göre, CH 3 OH n molar oluflma s s kaç kkal d r? (C = 12, H = 1, O = 16) 30

29 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 9. C (k) + O 2(g) CO 2(g) ΔH 1 = 94 kkal 2Cr 2 O 3(k) + 3C (k) 4Cr (k) + 3CO 2(g) ΔH 2 = 22 kkal Yukar da verilen tepkimeler bilinmektedir. Buna göre, 0,6 mol Cr elementinin Cr 2 O 3 bilefli ine dönüflmesi s ras ndaki s de iflimi kaç kkal olur? graml k cam kalorimetrede 10 C de 1 litre su bulunmaktad r. Bu kapta 0,96 g CH 4 gaz yak ld - nda sistemin s cakl 22 C ye ç k yor. CH 4 gaz n n molar yanma s s kaç kkal dir? (C=12, H=1, C cam = 0,2 kal/g C, C su = 1 kal/g C) 10. C 3 H 8 gaz n n molar yanma s s 580 kkal oldu u biliniyor. C 3 H 8 gaz n n bir miktar yak l nca 87 kkal s aç a ç k yor. Buna göre, a) Bu tepkimede oluflan H 2 O kaç gramd r? (H = 1, O = 16) b) Kaç gram C 3 H 8 yak lm flt r? (C = 12, H = 1) 14. C (k) + O 2(g) CO 2(g) + 94 kkal H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (s) + 68 kkal Is kapasitesi 1 kg suyun s kapasitesine eflit olan bir kalorimetrede 1,3 gram asetilen gaz (C 2 H 2 ) yak ld nda aç a ç kan s sistemin s - cakl n 25 C den 40,5 C ye ç kar yor. Buna göre, C 2 H 2 gaz n n molar oluflma s s kaç kkal dir? (C = 12, H = 1, C su = 1 kal/g C) 11. CH 4 gaz n n molar yanma s s 210 kkal dir. Bir miktar CH 4 gaz yak l nca 5,4 g H 2 O olufluyor. Buna göre, a) Is de iflimi kaç kkal olur? (H = 1, O = 16) b) Yanmada kullan lan havan n NK daki hacmi kaç litredir? 15. H 2 SO 4(s) 2H + (aq) + SO 2 4(aq) ΔH = 11 kkal Kütlesi 500 gram olan cam kalorimetrede 1 kg su bulunuyor. Bu kapta 49 g H 2 SO 4(s) çözündü- ünde kalorimetrenin s cakl nas l de iflir? (H = 1, S = 32, O = 16, C su = 1 kal/g C, C cam = 0,2 kal/g C) 12. 2NaOH (aq) + H 2 SO 4(aq) Na 2 SO 4(aq) + 2H 2 O ΔH = 28 kkal 300 ml, 2M NaOH çözeltisi, 500 ml H 2 SO 4 çözeltisi ile tam nötürlefliyor. Buna göre, a) H 2 SO 4 çözeltisinin molar deriflimi kaç mol/litredir? b) Nötürleflme s ras ndaki s de iflimi kaç kkal d r? 16. Bir kalorimetre kab nda 1 kg su bulunmaktad r. Kalorimetre kab nda 0,6 gram C 2 H 6 yak ld nda kaptaki suyun s cakl 15 C den 21,82 C ye yükseliyor. Kalorimetre kab n n s almad kabul edildi ine göre C 2 H 6 n n molar yanma s - s kaç kkal dir? (C = 12, H = 1, C su = 1 kal/g C) 31

30 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 17. HBr (g) H + (aq) + Br (aq) ΔH = 20 kkal Bir kalorimetre kab nda 5 kg su bulunmaktad r. Suyun s cakl 15 C tir. NK daki hacmi 11,2 litre olan HBr gaz suda çözünüyor. Kalorimetre kab n n s almad kabul edilirse, çözeltinin son s cakl kaç C olur? 21. 2C 2 H 2(g) +5O 2(g) 4CO 2(g) +2H 2 O (s) +620 kkal Tepkimesine göre, 13 g asetilen gaz (C 2 H 2 ) tamamen yak l yor. Buna göre, a) Oluflan CO 2 gaz NK da kaç litredir? (C = 12, H = 1) b) Aç a ç kan s kaç kkal d r? c) Aç a ç kan s, 10 C deki 50 kg suyun s cakl n kaç C ye ç kar r? (C su = 1 kal/g C) 18. C (k) + O 2(g) CO 2(g) + 94 kkal C (k) + 1/2O 2(g) CO (g) + 26 kkal Yukar daki tepkimelere göre 48 gram karbon oksijende yak ld nda 294,4 kkal s aç a ç k yor. Karbonun kütlece yüzde kaç CO fleklinde yanm flt r? (C = 12) 22. 2Cu (k) + 1/2O 2(g) Cu 2 O (k) ΔH =? Tepkimesinde 1 gram oksijen gaz harcand nda 2,5 kkal s aç a ç k yor. Buna göre, a) Kaç gram Cu harcanm flt r? (O = 16, Cu = 64) b) Tepkime s s kaç kkal dir? 19. 2C (k) + 3H 2(g) C 2 H 6(g) ΔH = 20 kkal Tepkimesine göre, 8 kkal s aç a ç kt nda harcanan H 2 gaz n n NK daki hacmi kaç litredir? 23. X 2 O 3(k) + 3H 2(g) 2X (k) + 3H 2 O (s) Tepkimesinde 1 gram H 2 harcand nda 8 kkal s aç a ç kmaktad r. Buna göre, H 2 O (s) nin molar oluflma s s 68 kkal oldu una göre, X 2 O 3(k) nin molar oluflma s s kaç kkal dir? (H = 1) 20. SO 2(g) + 1/2O 2(g) SO 3(g) ΔH = 23 kkal CO (g) + 1/2O 2(g) CO 2(g) ΔH 2 = 67 kkal Yukar daki tepkimelere göre, 5 mol CO ve SO 2 gaz kar fl m yak ld nda 269 kkal s aç a ç kmaktad r. Kar fl mdaki CO gaz kaç gramd r? (C = 12, O = 16) 24. CH 4(g) ve C 2 H 2(g) gazlar n n molar yanma entalpileri s ras yla 210 ve 310 kkal dir. Hacimce % 25 i C 2 H 2 olan CH 4 ve C 2 H 2 gazlar kar fl m - n n 0,4 molü yak l rsa kaç kkal s aç a ç kar? 32

31 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji 25. Ba lar Ba enerjileri C = C 146 kkal/mol C C 83 kkal/mol C H 99 kkal/mol H Cl 103 kkal/mol C Cl 81 kkal/mol oldu u verilmektedir. Buna göre, C 2 H 4(g) + HCl (g) C 2 H 5 Cl (g) tepkimesinin, tepkime s s kaç kkal dir? 28. Ba lar Ba enerjileri C H 99 kkal/mol C Cl 80 kkal/mol H Cl 103 kkal/mol oldu u verilmifltir. CH 4 + 4Cl 2 CCl 4 + 4HCl tepkimesinin, tepkime s s (ΔH) 104 kkal oldu una göre, Cl Cl ba n n ba enerjisi kaç kkal/mol dür? 26. C (k) + 1/2O 2(g) CO (g) ΔH 1 = 26,4 kkal 2CO 2(g) 2CO (g) + O 2(g) ΔH 2 = +135,2 kkal oldu u bilinmektedir. 3 g karbonun yanarak CO 2 gaz oluflturmas s ras nda aç a ç kan s, a) Kaç kkal dir? (C = 12) b) Elde edilen s 28 C deki m gram buza verilince buzun tümü 0 C deki su haline geliyor. Buz kaç g d r? (C buz = 0,5 kal/g C, L buz = 80 kal/g) 29. 3C (k) + 2H 2(g) C 3 H 4(g) ΔH 1 = +24 kkal CO 2(g) C (k) + O 2(g) ΔH 2 = +94 kkal H 2(g) + 1/2O 2(g) H 2 O (s) ΔH 3 = 67 kkal oldu una göre, 10 gram C 3 H 4 gaz yak l nca elde edilen s enerjisi kaç kg suyun s cakl n 15 C den 35 C ye yükseltir? (C = 12, H = 1, C su = 1 kal/g C) 27. N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) + 21 kkal H 2 O (s) + 10,5 kkal H 2 O (g) Denklemleri veriliyor. Birinci denklemde NK da hacmi 16,8 litre olan NH 3 gaz elde edilirken aç a ç kan s enerjisi ile kaç gram su gaz haline getirebilir? (H = 1, O = 16) 30. Bir kalorimetrenin s kapasitesi 1,6 kkal/ C dir. C 2 H 6 gaz n n molar yanma s s 320 kkal dir. Bu kalorimetre kab nda 6 gram C 2 H 6 yak l nca s cakl k nas l de iflir? (C = 12, H = 1) 33

32 İSTEMLİLİK 1. MİNİMUM ENERJİ EĞİLİMİ VE İSTEMLİLİK 2. ENTROPİ 3. GİBBS SERBEST ENERJİ Şelale kendiliğinden aşağıya doğru akar, yukarı doğru asla akmaz. O C nin üstünde buz kendiliğinden erir, su donmaz. Isı sıcak bir cisimden soğuk bir cisme kendiliğinden akar, fakat tersi asla kendiliğinden olmaz. Su ve oksijenle teması olan demir paslanır ama pas kendiliğinden demire dönüşmez. Masaya konulan bir bardak sıcak çayın zamanla soğuduğu gözlemlenir tersi gözlemlenemez. 3. BÖLÜM

33 Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji STEML L K 1. M N MUM ENERJ E L M VE STEML L K stemli bir de iflme bir d fl etki ile zorlama olmaks z n meydana gelme e ilimine sahiptir. stemli de iflmenin h zl olmas gerekmez. Termodinamik çal flmalar n bir amac da, tan mlanan koflullarda girenlerin bir tepkime verip vermeyece ini anlamakt r. Bir kimyasal tepkimenin olabilirli inin önceden tahmin edilebilmesi, laboratuarda herhangi bir bilefli in sentezlenip sentezlenmeyece ini, endüstriyel ölçekte üretilip üretilmeyece ini anlamak aç s ndan önemlidir. Belirli koflullarda kendili inden meydana gelen tepkime, istemli bir tepkime olarak adland r l r. Bir tepkime, belirli koflullarda kendili inden yürümüyorsa istemsiz bir tepkime dir. Bahse konu olan her zaman kimyasal tepkime olmayabilir. Herhangi bir olay için de geçerlidir. S cak bir metal parças s vererek çevresindeki s cakl k de erine kadar so uma e ilimindedir. Bir metal parças n n s alarak çevresinden daha s cak olma e ilimi gözlenmemifltir. Böyle istemsiz bir de iflme zorlanarak gerçeklefltirilebilir. Bir gaz n bofllu a genleflmesi istemli bir olayd r. Bir gaz kab n bir köflesine s k flma e iliminde de- ildir. Pistonlu bir kapta, piston itilerek gaz n s - k flmas sa lanabilir. stemli bir olay n h zl olmas gerekmez. H zl olmak gibi bir koflulu yoktur. Bal n ters çevrilmifl bir kavanozdan akmas istemlidir, fakat düflük s cakl kta akma h z yavafl olur. Is s cak bir cisimden so uk bir cisme kendili inden akar, fakat tersi asla kendili inden olmaz. 0 C nin alt nda saf su kendili inden donar ve 0 C üstünde buz kendili inden erir. Kesme fleker fincandaki çay n içerisinde kendili- inden çözünür, çözünmüfl fleker ise kendili inden kat maddeye dönüflmez. O halde olaylar yüksek enerjili halden daha düflük enerjili hâle geçerken kendili inden oluflmal, karfl t yönde ise bir d fl etki gerektirmektedir. Bu genel sonuç termodinami in birinci kanununa da uymaktad r. Ancak olaylar n bir ço u bu genel kurala uymamaktad r. Suyun enerjisi, ayn s cakl k ve kütledeki buzun enerjisinden yüksektir. Bu durumda su kendili- inden donmal, fakat buz kendi inden erimemelidir. Bu bize bir olay n kendili inden oluflabilmesi için daha düflük enerji düzeyine düflme kural n n yetmedi ini göstermektedir. 2. ENTROP Bir sistemin düzensizli i veya gelifligüzelli inin bir ölçüsü olarak tan mlan r. Bir olay n kendili inden meydana gelmesini sa layan iki etmen vard r. Bunlardan biri entalpi, di eri ise entropidir. Entropi, atom, iyon ve molekül gruplar n n olabildi ince düzensiz bir flekilde da lma e ilimlerinin bir ölçüsüdür. Sistemler düzenli hale gelerek enerjilerini azaltmak (entalpinin azalmas ) isterken, bir taraftan da en da n k durumda bulunmak (entropinin artmas ) isterler. Bir olay, bu iki etmenin bileflkesi uygunsa kendili inden meydana gelir. Termodinamik bir fonksiyon olan entropi, termodinami in ikinci kanunun temelidir. Entropi, bir sistemin düzensizli inin bir ölçüsüdür. Düflük entropi düzensizli in az, yüksek entropi düzensizli in fazla oldu u anlam na gelir. stemli de iflmenin sebebini aç klayan temel düflünce, enerji ve maddenin daha düzensiz olma e ilimidir. Termodinami in ikinci kanunu, kendili inden oluflan (istemli) her de iflime entropideki art fl efllik eder fleklinde ifade edilebilir. Entropi de, iç enerji ve entalpi gibi bir hal fonksiyonudur. Bas nc, s cakl ve bileflimi belirli olan bir sistemin tek bir entropi de eri vard r. Entropi fark, sistemin ilk ve son haline ba l olup iki hal aras nda izlenen yola ba l de ildir. ΔS = S son S ilk 35