KİMYASAL TEPKİMELER VE ENERJİ

Transkript

1 KİMYASAL TEPKİMELER VE ENERJİ Termodinamik, ısı, iş ve enerji türlerinin birbirine dönüşümü ve sistemlerin hallerini konu alan bilim dalıdır. Başka bir deyişle, termodinamik çeşitli enerji türleri arasındaki ilişkiyi inceler. Sadi CARNOT, ısı üzerine yaptığı çalışmalarla termodinamik çalışmalarına öncülük etmiştir. CLAUSİUS termodinamiğin ilk iki kanununu ortaya koymuş, GIBBS, HELMHOLTZ, KELVİN, MAXWELL gibi bilim adamları termodinamiği daha ileri götüren çalışmalar yapmışlardır. Termodinamikte evren doğanın tamamına verilen addır. Burada incelenen evren parçasına sistem denir. Belirlenmiş maddeler topluluğu olan sistemin içinde bulunduğu koşullara çevre denir. Bir sistemi ve çevre koşullarını tanımlamak için termodinamik değişkenler kullanılır. Termodinamik değişkenler, mekanik değişkenler(basınç, hacim) ve istatistiksel değişkenler (sıcaklık, entropi) olarak ikiye ayrılır. Termodinamiğin pek çok uygulamasında, değişkenlerden bir kısmı sabit tutulurken, diğer değişkenlerin bu durumda nasıl değiştiği gözlenir. Oluşturulan durum denklemleri (PV=nRT gibi), bu değişkenleri birbiri cinsinden ifade etmekte kullanılır. Açık sistem: Sistemle çevre arasında hem enerji hem de madde alışverişi gerçekleşmekte ise bu bir açık sistemdir. Açık bir sistemde, sisteme giren enerjilerin toplamı çıkan enerjilerin toplamına eşit yazılarak enerji dengesi kurulur. Kapalı sistem: Sistemle çevre arasında enerji transferinin olduğu, madde transferinin gerçekleşmediği sistemdir. İzole sistem: Çevre ile madde ve enerji alışverişinin olmadığı sistemdir. İzotermal(Sıcaklığı sabit) Sistem: Sıcaklık sabit tutularak her türlü madde ve enerji alışverişinin gerçekleştiği sistemdir(sağlıklı insan vücudu). İzokorik(hacim sabit) Sistem: Hacim değişimi olmadığında ortamla iş alışverişi yapamayan ancak enerji alışverişini gerçekleştirebilen sistemdir(düdüklü tencere). İzobarik(basınç sabit) Sistem: Ortamla hem iş hem de enerji alışverişi yaparken basıncın sabit tutulduğu sistemlerdir(açık havada gerçekleşen birçok fiziksel ve kimyasal olay). Bir sistemin durumu sıcaklık, basınç gibi tüm özellikler saptanarak belirlenir. Sistemin bir durumdan bir başka duruma geçişine süreç denir. İç Enerji: Bir sistemdeki tüm taneciklerin kinetik enerjileri ile taneciklerin birbirleriyle etkileşimlerinden doğan potansiyel enerjilerin toplamına sistemin iç enerjisi denir. İç enerji U 1

2 sembolü ile gösterilir. İç enerjiye taneciklerin öteleme,titreşim ve dönme hareketlerinden kaynaklı kinetik enerjileri, potansiyel enerjileri ve atomların çekirdek ve elektronik enerjileri katkı sağlar. Tek atomlu gaz tanecikleri yalnız öteleme hareketi yaparken, iki ya da daha fazla atomlu moleküller öteleme enerjilerinin yanında dönme ve titreşim enerjilerine de sahiptirler. Bir sistemin iç enerjisi tek başına ölçülemez. Sistemin iki farklı durumu karşılaştırıldığında ise iç enerjiler arasındaki fark ölçülebilir. Isı ve İş: Isı ve iş sistemle ortam arasındaki enerji aktarma yoludur. Isı, sistemle ortam arasındaki sıcaklık farkından dolayı aktarılan enerjidir. Isı, yüksek sıcaklık bölgesinden düşük sıcaklık bölgesine doğru akar. Sıcaklık termal hareketin bir sonucudur. Termal hareket, hızlı moleküllerin birbirleriyle çarpışarak fazla enerjilerini verip, enerjinin ortama yayılmasını sağlayan gelişigüzel hareketlerdir. Moleküllerin termal hareketinden doğan termal enerjileri(ısı enerjisi) de sıcaklığa bağlı olarak artar veya azalır. İş ise sıcaklık farkından bağımsız yollarla aktarılan enerjidir. Enerjinin iş olarak aktarılmasına, sistemin çevresine uyguladığı dış kuvvetlerin yaptığı mekanik iş(sembolü W) örnek verilebilir. Mekanik iş, bir kuvvetin belirli bir yol alırken yaptığı iştir(w=kuvvet x yol). Sabit basınç altında ısıtılan bir gazın genleşmesinde gaza verilen ısı(q p ), sıcaklık yükselmesi ve genleşme olarak sistemde iki değişikliğe sebep olur. Sistemin iç enerjisinde bir artış olur. İç enerji(u), bir hal fonksiyonu olduğu için miktarı doğrudan ölçülemez. Sistemin ilk ve son halleri arasındaki iç enerji değişimi ( U) ölçülebilir. Bu değişimi aşağıdaki gibi gösterebiliriz. U = U son - U ilk Sisteme verilen ısı, iç enerji değişimine sebep olurken basıca karşı yapılan işte kullanılmıştır. Bu ilişki aşağıdaki bağıntıda gösterilmiştir. Q p = U + W Sistem hacmi sabit tutularak bir gazın ısıtılması durumunda, hacim değişimi gerçekleşemeyeceğinden sistemin yaptığı iş W = 0 olur. Bu durumda sisteme verilen ısı sadece iç enerjinin artışında kullanılmış olur. Yani sisteme sabit hacimde verilen ısı (Q v ), iç enerji değişimine eşit olur. Bu ilişkiyi aşağıdaki gibi gösterebiliriz. 2

3 Q v = U Bu durumda Q v Q p olur. Termodinamiğin I. Yasası: Enerjinin korunumu yasasıdır. Enerji asla yok edilemez veya yoktan var edilemez. Bir sistem U sistem miktarında enerji değişimine uğrarsa, evrenin geri kalan kısmı yani ortam bu miktara eşit miktarda enerji değişimine uğrar. O halde bir yerde bir enerji kazanımı varsa başka bir yerde enerji kaybı olmalıdır. Diğer bir deyişle enerji değişimlerinin toplamı sıfırdır. U sistem + U ortam = 0 Enerjinin korunumu olarak ifade edilen termodinamiğin I. Yasası aşağıdaki bağıntı ile gösterilir. U = Q + W Bu eşitliğin sistemin iç enerjisindeki değişim, sistemle ortam arasındaki ısı değişimi ve sisteme yapılan veya sistemin yaptığı iş miktarlarının toplamına eşittir. Ayrıca bir sistemdeki toplam enerji miktarı hesaplanamaz ancak sistemdeki enerji değişimi hesaplanabilir. Sistemle ortam arasındaki iş ve ısı ilişkisinin daha kolay anlaşılabilmesi için sisteme giriş ya da sistemden çıkışa göre(+) ve ( - ) işaretler kullanılır. (+) işaret sisteme enerji girdiğini; (-) işaret sistemden enerji çıktığını göstermektedir. + W Q + Q Q Sistem - Q Q -W Örnek: Bir gaz genleşirken 200 J lük ısı almakta ve dışarı 380 J lük iş yapmaktadır. Gazın iç enerjisindeki değişim ( U) kaç J olur? Örnek: Sabit basınçlı bir sisteme 325 J lük iş yapılırken sistem 95 J lük ısı veriyor. Bu durumda sistemin iç enerjisindeki değişim kaç J olur? 3

4 Örnek: Sabit basınçta serbest hareketli bir pistona bağlı silindir içindeki gaz genleşirken 120 J lük bir ısı almakta ve dışarıya 280 J lük bir iş yapmaktadır. Isı ve işin işaretini belirleyerek, iç enerji değişimini hesaplayınız. ENTALPİ: Sabit hacimli bir sistemde yer alan gaza verilen ısı sistemin sıcaklığını yükseltirken yalnız sistemin iç enerjisini değiştirir. Hacim sabit olduğu için iş yapılmamıştır. Bu durumda, Q v = U olur. Sabit basınçlı bir sistemdeki gaza verilen ısı, sistemin sıcaklığını yükseltirken sistemde hacim değişikliğine sebep olur. Böyle bir durumda sistemdeki iç enerji yanında mekanik işi de birlikte içeren bir kavram ortaya çıkar. Entalpi(sembolü H) adını verdiğimiz bu kavram bir hal fonksiyonudur. Bu kavramı aşağıdaki şekilde ifade edebiliriz. H = U + W Entalpide iç enerji ve iş nitelikleri gibi enerji ile ifade edilir. Entalpi bir hal fonksiyonu olduğuna göre, bir sistemdeki entalpi değişimi( H) sistemin ilk ve son hallerine bağlıdır. H = U + W Sabit basınç altında bir sistemin dışarıya verdiği veya dışarıdan aldığı ısı entalpi değişimine eşittir. Q p = H Sabit basınçta sisteme dışarıdan enerji verildiğinde sistemin entalpisi artar. Sistemden ısı şeklinde enerji kaybı olursa sistemin entalpisi azalır. Bir kimyasal tepkimedeki entalpi değişimine tepkime entalpisi( H) denir. Tepkimede oluşan ürünlerin entalpisi ile tepkimeye girenlerin entalpileri arasındaki fark tepkime entalpisine eşittir. H = H ürünler H girenler şeklinde gösterilir. 2 Ag (k) + PbCl 2(k) 2 AgCl (k) + Pb (k) H = +105 kj Yukarıdaki tepkimede sistem ortamdan ısı almaktadır. Bu nedenle H>0 dır. H değerinin pozitif olmasının nedeni ürünlerin entalpileri toplamının girenlerinkinden daha büyük olmasıdır. H>0 olan tepkimelere endotermik tepkimeler denir. CaO (k) + H 2 O (s) Ca(OH) 2(k) H = - 64 kj Yukarıdaki tepkimede sistem ortama ısı vermektedir. Bu nedenle H<0 dır. H değerinin negatif olmasının nedeni girenlerin entalpileri toplamının ürünlerinkinden daha büyük olmasıdır. H<0 olan tepkimelere ekzotermik tepkimeler denir. Örnek: Belirli bir sıcaklık ve basınçta 1 mol CO gazının sabit hacimli kapalı bir kapta yanması sonucunda CO 2 gazı oluşurken 282 kj ısı açığa çıkmaktadır. Aynı miktar CO gazının sürtünmesiz ve hareketli bir piston yardımıyla aynı sıcaklık ve basınçta yakılması sonucunda açığa çıkan ısı ise 284 kj olduğuna göre; her iki durum için H, U ve W değerlerini hesaplayınız. 4

5 Örnek: X(k) + O 2 (g) XO 2 (k) kkal 24 gram XO 2 bileşiği elementlerinden oluşurken 80 kkal ısı açığa çıktığına göre, X elementinin atom kütlesi kaçtır? (O=16) Örnek: CS 2 (g)+3o 2 (g) CO 2 (g)+2so 2 (g) H=-256 kkal 15,2 gram CS 2 ile 9,6 gram O 2 tepkimeye sokuluyor. a) tepkimede açığa çıkan ısı kaç kkal'dir? b) tepkime sonunda, tepkimeye giren maddelerin hangisinden kaç gram artmıştır? (C=12, O=16, S=32) Kalorimetre:Bir tepkimedeki iç enerji ve tepkime entalpilerini hesaplamak için özel tasarlanmış kapalı kaplar kullanılır. Bu kaplar sabit basınç ve sabit hacim kalorimetreleridir. Kalorimetre kapları ısıya karşı yalıtımlı olup genelde çelikten yapılır. Sabit basınç kalorimetresi yanmanın olmadığı tepkimelerin ısı değişimlerini ölçer(asit-baz ya da nötralleşme tepkimeleri). Bu kalorimetre kabının basıncı sabit olduğundan tepkimedeki ısı değişimi, entalpi değişimine eşittir(q p = H). Sabit hacim kalorimetresinde tepkime sabit hacimde gerçekleştiğinden ısı değişimleri(q v ) doğrudan entalpi değişimlerine( H) eşit değildir. Bu durumda tepkimenin H değerinin bulunabilmesi için tepkimenin ısı değişiminde gerekli dönüşümler yapılır. Örnek: 200 gramlık bir cam kalorimetre kabı içerisinde 20 o C sıcaklıkta 460 gram su bulunmaktadır. kalorimetrenin tepkime kabında 0,92 gram Na metali, 2Na(k) + O 2 (g) Na 2 O(k) H=-100 kkal denklemine göre tepkimeye girmektedir. Buna göre kalorimetrenin son sıcaklığı kaç 0 C olur? (Na=23, c su = 1 kal/g. o C, c cam = 0,2 kal/g. o C) 5

6 Örnek: 500 gramlık bir cam kalorimetre kabı içerisinde 1 kg su bulunmaktadır. Bu kalorimetrenin tepkime kabında bir miktar NH 3 gazı, 2NH 3 (g) N 2 (g) + 3H 2 (g) denklemine göre tepkimeye giriyor ve tümüyle elementlerine ayrışıyor. Tepkime tamamlandığında oluşan H 2 gazı 1,2 mol ölçülüyor. Tepkime sonunda kalorimetrenin sıcaklığı 8 o C azaldığına göre, tepkimenin H değeri kaç kkal'dir? (c su = 1 kal/g. o C, c cam = 0,2 kal/g. o C) Standart Oluşum Entalpileri: Bir maddenin iç enerjisinin(u) mutlak değeri ölçülemezse, entalpisinin de(h) mutlak değeri ölçülemez. Entalpi iç enerjiye bağlı bir özelliktir ve bir hal fonksiyonu olduğundan entalpi değişiminin( H) belirli bir değeri vardır. Bir maddenin H değeri doğrudan doğruya elementlerinden sentezlenen tepkimeler üzerinden belirlenir. Bu senteze eşlik eden entalpi değişimine oluşum entalpisi(oluşum ısısı) denir oluşum entalpisi şeklinde gösterilir. Maddelerin oluşum entalpileri sıcaklığa, basınca, maddenin fiziksel haline bağlıdır. Maddelerin oluşum entalpileri hesaplanırken basınç, sıcaklık gibi faktörlerin değerleri de belirlenmelidir. Standart koşullarda sıcaklık 25 o C, basınç 1 atm kabul edilir. Standart koşullarda maddelerin oluşum entalpileri şeklinde gösterilir. Elementlerin en kararlı doğal hallerindeki standart oluşum entalpileri( koşullarda birden fazla allotropu olan elementlerin ) sıfır kabul edilir. Standart değerleri için en kararlı allotropları esas alınır. Örneğin oksijen molekülü(o 2 ), 25 o C ve 1 atm de allotropu olan ozondan(o 3 ) daha kararlıdır. Oksijen molekülünün değeri sıfıra eşit iken ozon için değeri sıfırdan farklıdır. Bir kimyasal tepkimenin entalpi değişiminin hesaplanmasında tepkimeye giren ve tepkimede oluşan maddelerin standart oluşum entalpileri kullanılır. Standart tepkime entalpi değişimini( ) elde etmek için standart oluşum entalpilerinden yararlanılır. a A + b B c C + d D kimyasal tepkimesinde A ve B tepkimeye girenler, C ve D ürünlerdir. a ve b tepkimeye girenlerin, c ve d ise ürünlerin mol sayılarını gösteren katsayılardır. Kimyasal tepkimelerde ürünlerin standart oluşum entalpileri toplamından girenlerin standart oluşum entalpileri toplamı çıkarıldığında standart tepkime entalpi değişimi değeri aşağıdaki bağıntıyla hesaplanır. = = 6

7 Örnek: Bazı bileşiklerin molar oluşma ısıları aşağıdaki gibidir. C 2 H 2 (g) CO 2 (g) H 2 O(g) Buna göre, C 2 H 2 kkal'dir? = +54 kkal/mol = -94,0 kkal/mol = -57,8 kkal/mol gazının CO 2 (g) ve H 2 O(g) oluşturması tepkimesinde molar yanma ısısı kaç Örnek: Bazı bileşiklerin molar oluşma ısıları aşağıdaki gibidir. Fe 2 O 3 (k) CO 2 (g) CO(g) = -196,0 kkal/mol = -94,0 kkal/mol = -26,4 kkal/mol 32 gram Fe 2 O 3 (k) yeterli miktarda CO(g) ile Fe 2 O 3 (k) + 3CO(g) 2Fe(k) + 3CO 2 (g) denklemine göre tepkimeye girdiğinde kaç kkal'lik ısı değişimi olur? (O=16, Fe=56) Örnek: Bazı bileşiklerin molar oluşma ısıları aşağıdaki gibidir. CH 3 OH(s) CO 2 (g) H 2 O(s) = -56 kkal/mol = -94 kkal/mol = -68 kkal/mol Buna göre, CH 3 OH(s) + O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(s) tepkimesinde, 6,4 gram CH 3 OH yakılınca açığa çıkan ısı 5 kg suyun sıcaklığını kaç o C yükseltir? (H=1, O=16, C=12, c su =1 kal/g. o C) Örnek: CH 4 ve C 2 H 2 gazlarından oluşan 0,4 mollük gaz karışımı tam yakıldığında 114 kkal ısı açığa çıkmaktadır. CH 4 ve C 2 H 2 gazlarının molar yanma ısıları sırasıyla -210 kkal ve -310 kkal olduğuna göre karışımın molce C 2 H 2 yüzdesi kaçtır? Örnek: Bir miktar C 2 H 2 gazının tamamı, 0,5 mol oksijen gazı ile, 2C 2 H 2 (g) + 5O 2 (g) 4CO 2 (g) + 2H 2 O(s) denklemine göre ısı kapasitesi 4 kkal/ o C olan bir kalorimetrenin tepkime kabında yakıldığında, kalorimetrenin sıcaklığı 15,5 o C yükseliyor. CO 2 (g) ve H 2 O(s) bileşiklerinin molar oluşma ısıları sırasıyla -94,0 ve -68,0 kkal olduğuna göre, C 2 H 2 gazının oluşma ısısı kaç kkal/mol'dür? 7

8 Hess Yasası: Birçok bileşik, doğrudan elementlerinden sentezlenerek elde edilemez. Bazı kimyasal tepkimeler yavaş gerçekleşebilir veya elde etmek istediğimiz bileşiğin dışında tepkimeler sırasında başka bileşiklerde oluşabilir. Hatta tepkime birden fazla basamakta gerçekleşebilir. Bu durumda kimyasal tepkimelerde iç enerjilerin değişimlerinin ve entalpi değişimlerinin bulunmasında kalorimetrik yöntem çok kullanışlı olmaz. Bir tepkimenin değerini doğrudan ölçemediğimiz durumlarda deneysel olarak daha önce ölçülmüş ara basamak tepkimelerinin entalpi değişimi değerlerinden yararlanılır. Bir kimyasal tepkimenin entalpi değişimi, tepkimeyi oluşturan ara basamakların entalpi değişimlerinin toplamına eşittir. Bu yasayı ileri süren Germain Hess ten dolayı bu yasaya HESS YASASI denir. Bu ifade; H = H 1 + H 2 + H 3 + şeklinde gösterilir. Hess yasasına göre entalpi değişimi hesaplanacak olan tepkimenin elde ediliş denklemini verecek ara basamak tepkimeleri düzenlenir. Bu düzenlemeler yapılırken; 1. Tepkimeler gerekiyorsa ters çevrilir. Bu durumda H değerinin işareti değişir. 2. Tepkimeler gerektiğinde uygun katsayılar ile çarpılabilir. Bu durumda tepkimenin H değeri de aynı katsayıyla çarpılır. Bu işlemlerin sonucunda istenilen tepkime elde edilecek şekilde ara tepkime basamakları toplanır. Örnek: 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) = -115,6 kkal CO 2 (g) C(k) + O 2 (g) C(k) + H 2 O(g) CO(g) + H 2 (g) = +94 kkal = +32 kkal tepkimeleri verildiğine göre, 2CO(g) + O 2 (g) 2CO 2 (g) tepkimesinin entalpi değişimi( ) kaç kkal'dir?(yanıt: -136,4 kkal) Örnek: NO 2 (g) +13,5 kkal NO(g) + O 2 (g) 2NO(g) N 2 (g) + O 2 (g) + 43 kkal N 2 (g) + 2O 2 (g) + 2 kkal N 2 O 4 (g) termokimyasal denklemleri verildiğine göre, N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) tepkimesinin entalpi değişimi kaç kkal'dir?(yanıt: 14 kkal) 8

9 Örnek: C 2 H 2 (g)+ O 2 (g) 2CO 2 (g)+h 2 O(s) =-310 kkal H 2 O(s) H 2 (g) + O 2 (g) C 2 H 6 (g)+ O 2 (g) 2CO 2 (g)+3h 2 O(s) =+68 kkal =-375kkal olduğuna göre, C 2 H 2 (g) + 2 H 2 (g) C 2 H 6 (g) tepkimesinin tepkime ısısı( ) kaç kkal'dir?(yanıt: -71 kkal) Örnek: Mn(k) + O 2 (g) MnO(k) = -92 kkal Mn 2 O 3 (k) 2MnO(k) + O 2 (g) 3Mn 2 O 3 (k) 2Mn 3 O 4 (k)+ O 2 (g) =+48,6 kkal =+25 kkal tepkimeleri ve değerleri verildiğine göre, 3Mn(k) + 2O 2 (g) Mn 3 O 4 (k) tepkimesinin değeri kaç kkal'dir?(yanıt: -343,4 kkal) Bağ Enerjileri: Kimyasal tepkimeler gerçekleşirken tepkimeye giren her bir maddenin taneciklerindeki atomların düzenleri değişir. Bu değişim, tanecikler arasındaki mevcut olan etkileşim kuvvetlerinin(bağların) kırılması veya kırılmadan bir taneciğin başka atomlarla yeniden etkileşime girmesi şeklindedir. Bir bağın oluşumu sırasında belli miktarda enerji açığa çıkar. Çıkan bu enerji, aynı zamanda bu bağın kırılması için gerekli olan enerjiye eşittir. Moleküler bir gazın bir molünün atomlarını bir arada tutan bağın standart koşullarda kırılması için gerekli olan enerjiye bağ enerjisi veya bağ kırılma entalpisi adı verilir. Bağ enerjisi ile gösterilir. Bağ enerjilerinin hesaplanabilmesi için hem ürünlerin hem de girenlerin gaz halinde olması gerekir. Bağ enerjilerinin hesaplanması ile kimyasal bağların sağlamlığı hakkında da bilgiler de elde edilebilir. Bağ enerjisi ne kadar büyükse kimyasal bağ da o kadar güçlüdür. Bunun yanında bağ enerjileri kullanılarak da tepkimelerin standart entalpi değişimleri hesaplanabilir. Belirli bir bağ türü için verilen bağ enerjisi, bu bağı içeren tüm moleküllerde aynı değildir. Örneğin C-H bağının kırılmasındaki gereken enerji miktarı, CH 4 ve C 2 H 6 moleküllerinde farklı değerler almaktadır. Bunun için C-H bağının bağ enerjileri hesaplanırken mümkün olduğu kadar çok sayıda bileşikten elde edilen değerlerin bir ortalaması alınır. Bir kimyasal tepkimede bağların kırılması için gerekli olan enerji toplamından, bağ oluşumu sırasında dışarı verilen enerji toplamları çıkarıldığında tepkimenin standart entalpi değişimi bulunmuş olur. Bu ifade aşağıdaki bağıntı şeklinde gösterilir. 9

10 Örnek: Aşağıda bazı kimyasal bağlar ve bu bağların bağ enerjileri verilmiştir. Bağlar N N H H N H Bağ enerjileri 225 kkal/mol 104 kkal/mol 93 kkal/mol Buna göre, N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) tepkimesinin ısısı( ) kaç kkal'dir?(-21 kkal) Örnek: Aşağıda bazı kimyasal bağlar ve bu bağların bağ enerjileri verilmiştir. Bağlar C=C C C C H H Cl C Cl Bağ enerjileri 146 kkal/mol 83 kkal/mol 99 kkal/mol 103kkal/mol 81 kkal/mol Buna göre, C 2 H 4 (g) + HCl(g) C 2 H 5 Cl(g) tepkimesinin, tepkime ısısı( ) kaç kkal'dir? (yanıt: -14 kkal) Örnek: Aşağıda bazı kimyasal bağlar ve bu bağların bağ enerjileri verilmiştir. Bağlar C H C C C C H H Bağ enerjileri 99 kkal/mol 148 kkal/mol 83 kkal/mol 104 kkal/mol Buna göre, CH 2 CH CH 3 + H 2 CH 3 CH 2 CH 3 tepkimesinin, tepkime ısısı( ) kaç kkal/mol'dür?(yanıt: - 29 kkal) 10

11 Örnek: Aşağıda bazı kimyasal bağlar ve bu bağların bağ enerjileri verilmiştir. Bağlar C H H Cl C Cl Bağ enerjileri 99 kkal/mol 103kkal/mol 81 kkal/mol Buna göre, CH 4 (g) + 4Cl 2 (g) CCl 4 (g) + 4HCl(g) tepkimesinin, tepkime ısısı( kkal/mol'dür?(-59 kkal/mol) ) = -104 kkal olduğuna göre, Cl Cl bağının bağ enerjisi kaç SORULAR 1. C(k)+ O 2 (g) CO 2 (g) =-94,0 kkal H 2 (g) + O 2 (g) H 2 O(s) =-68,3 kkal CH 2 O 2 (g)+ O 2 (g) CO 2 (g)+h 2 O(s) =-62 kkal Yukarıdaki tepkimeler ve değerleri verildiğine göre, CH 2 O 2 (g) bileşiğinin oluşma entalpisi kaç kkal/mol'dür? 2. C 2 H 6 ve C 2 H 2 gazlarından oluşan 0,6 mollük gaz karışımı tam yakıldığında, 198 kkal ısı açığa çıkmaktadır. C 2 H 6 ve C 2 H 2 gazlarının molar yanma ısıları sırasıyla -340 kkal ve -310 kkal olduğuna göre karışımdaki C 2 H 2 gazının NK'daki hacmi kaç litredir? 3. Bazı bileşiklerin molar oluşma ısıları aşağıdaki gibidir. C 2 H 6 (g) CO 2 (g) H 2 O(g) = -20 kkal/mol = -94,0 kkal/mol = -58 kkal/mol Buna göre, 6 gram C 2 H 6 gazının yanmasıyla açığa çıkan ısı 0 o C sıcaklıkta kaç kg buzu eritir?(h=1, C=12, L buz =80 kal/g) 4. C 2 H 2 ve C 3 H 8 gazlarından oluşan ve NK'da 44,8 litre hacim kaplayan gaz karışımının hacimce %80'i C 2 H 2 gazıdır. C 2 H 2 ve C 3 H 8 gazlarının molar yanma ısıları sırasıyla -310 kkal ve -530 kkal olduğuna göre, karışım yakıldığında kaç kkal'lik ısı açığa çıkar? 11

12 5. Bazı bileşiklerin molar oluşma ısıları aşağıdaki gibidir. CH 3 OH(s) CO 2 (g) H 2 O(s) = -56 kkal/mol = -94 kkal/mol = -68 kkal/mol Buna göre, CH 3 OH(s) + O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(s) tepkimesinde, 12,8 gram CH 3 OH yakılınca açığa çıkan ısı, kaç kg suyun sıcaklığını 5 o C'den 55 o C'ye yükseltir? (H=1, O=16, C=12, c su =1 kal/g. o C) 6. MgO(k)+2HCl(suda) MgCl 2 (suda)+h 2 O(s) =-33,6 kkal 800 ml HCl çözeltisinin yeterli miktarda MgO ile tepkimesinde, 6,72 kkal ısı açığa çıktığına göre HCl çözeltisinin derişimi kaç molardır? 7. Bazı bileşiklerin molar oluşma ısıları aşağıdaki gibidir. C 2 H 4 (g) CO 2 (g) H 2 O(g) = +12,5 kkal/mol = -94,0 kkal/mol = -57,8 kkal/mol Buna göre, 2,8 gram C 2 H 4 gazının yanmasıyla açığa çıkan ısı 2 kg suyun sıcaklığını 25 o C'den kaç o C'ye çıkarır?(h=1, C=12, c su =1 kal/g. o C) 8. 2X(k) + O 2 (g) X 2 O 3 (k) =-400 kkal tepkimesine göre, 5,4 gram X elementi oksitlendiğinde, 40 kkal ısı açığa çıkmaktadır. Buna göre, X'in atom kütlesi kaçtır? 9. CH 4 ve C 2 H 2 gazlarından oluşan 0,8 mollük gaz karışımı tam yakıldığında 198 kkal ısı açığa çıkmaktadır. CH 4 ve C 2 H 2 gazlarının molar yanma ısıları sırasıyla -210 kkal ve -310 kkal olduğuna göre karışımda kaç gram C 2 H 2 gazı vardır? (H=1, C=12) 10. I. C 2 H 4 (g) + 3O 2 (g) 2CO 2 (g) + 2H 2 O(g) II. C 2 H 4 (g) + 3O 2 (g) 2CO 2 (g) + 2H 2 O(s) III. C 2 H 4 (g) + 3O 2 (g) 2CO 2 (s) + 2H 2 O(s) tepkimelerinin her biri, aynı miktarda C 2 H 4 (g) ve O 2 (g) alınarak gerçekleştirilirse, açığa çıkan ısı miktarları arasındaki ilişki nasıl olur? 11. C 2 H 6 (g)'ın molar yanma ısısı = -375 kkal/mol'dür. Bir miktar C 2 H 6 (g)'ın yanmasıyla açığa çıkan ısının %80'i 2 kg su tarafından alındığında, 4 o C deki suyun 200 gramının 100 o C deki su buharına dönüştüğü tespit ediliyor. Buna göre yakılan C 2 H 6 (g)'ın normal koşullardaki hacmi kaç litredir? (C su = 1 kal / g o C, L su = 540 kal / g o C) 12

13 12. H 2 S(g)+ O 2 (g) H 2 O(s)+SO 2 (g) =-134kkal CS 2 (g)+3o 2 (g) CO 2 (g)+2so 2 (g) =-256kkal tepkimeleri ve değerleri bilindiğine göre, CS 2 (g) + 2H 2 O(s) CO 2 (g) + 2H 2 S(g) tepkimesinin entalpisi kaç kkal'dir? 13. 2FeS(k)+ O 2 (g) Fe 2 O 3 (k)+2so 2 (g) = -294 kkal S(k) + O 2 (g) SO 2 (g) FeS(k) Fe(k) + S(k) = -71 kkal = +22 kkal tepkimeleri ve olur? değerleri verildiğine göre, Fe 2 O 3 (k) bileşiğinin oluşma entalpisi kaç kkal/mol gramlık bir cam kalorimetre kabı içerisinde 400 gram su bulunmaktadır. Kalorimetrenin tepkime kabında, NK'da hacmi 6,72 litre H 2 gazı kullanılarak, H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl(g) tepkimesi gerçekleştiriliyor. Sistemin sıcaklığı 26,4 o C arttığına göre tepkimenin entalpisi kaç kkal'dir? (c su = 1 kal/g. o C, c cam = 0,2 kal/g. o C) 15. Bazı bileşiklerin molar oluşma ısıları aşağıdaki gibidir. C 2 H 4 (g) CO 2 (g) H 2 O(g) = +12,5 kkal/mol = -94 kkal/mol = -57,8 kkal/mol Buna göre, 1,4 gram C 2 H 4 (g), CO 2 (g) ve H 2 O(g) vermek üzere yakıldığında açığa çıkan ısı, 500 gram suyun sıcaklığını 14 o C'den kaç o C'ye çıkarır? 16. 8,5 gram NH 3 gazı O 2 (g) ile tepkimeye sokulduğunda 34 kkal ısı açığa çıkıyor. Tepkimede NO(g) ve H 2 O(s) oluşmaktadır. NO(g) ve H 2 O(s) bileşiklerinin oluşma entalpileri, sırasıyla 22 kkal/mol ve -68 kkal/mol olduğuna göre, NH 3 (g) bileşiğinin molar oluşma entalpisi kaç kkal'dir? (N=14, H=1) gram C 6 H 12 O 6 (k), 1200 gramlık camdan yapılmış 2 kg su içeren bir kalorimetre kabı içerisinde yakılıyor. Tepkime sonunda sıcaklık 10 o C yükseldiğine göre, C 6 H 12 O 6 (k) bileşiğinin molar yanma entalpisi kaç kkal'dir? (C 6 H 12 O 6 =180, c su =1 kal/g. o C, c cam = 0,2 kal/g. o C) 13

14 18. 2Fe(k) + O 2 (g) Fe 2 O 3 (k) = -196 kkal CO(g) + O 2 (g) CO 2 (g) = -68 kkal tepkimeleri ve Fe 2 O 3 (k) + 3CO(g) değerleri verildiğine göre, 2Fe(k) + 3CO 2 (g) tepkimesinin entalpisi kaç kkal'dir? 19. P 4 (k) + Cl 2 (g) PCl 3 (g) =-73 kkal P 4 (k) + 5O 2 (g) P 4 O 10 (k) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) PCl 5 (g) PCl 3 (g) + O 2 (g) POCl 3 (g) =-710 kkal =-6 kkal =-68 kkal tepkimeleri ve değerleri verildiğine göre, P 4 O 10 (k) + 6PCl 5 (g) 10POCl 3 (g) tepkimesinin entalpisi kaç kkal'dir? 14

15 İSTEMLİ VE İSTEMSİZ DEĞİŞİMLER İstemli ve İstemsiz Değişimler:Doğal bir olayın termodinamikteki anlamı istemli değişmedir. İstemli değişmeler, bir dış etki tarafından yönlendirilmeden kendiliğinden gerçekleşen fiziksel ve kimyasal değişmelerdir(demirin paslanması, suyun oluşması). İstemsiz değişmeler ie bir dış etki ile oluşur. İstemsiz değişmelerde olayların kendiliğinden gerçekleşmesi mümkün değildir(suyun elektrolizi). Doğal bir olayın kendiliğinden gerçekleşmesi için sistemdeki enerji değişikliklerine bakarak karar veremeyiz. Örneğin, kömürün yanması ekzotermik olmasına rağmen yanmayı başlatacak bir etki olmadığı sürece tepkime başlamaz. Buzun erimesi endotermik bir olay olmasına rağmen odak koşullarında buz kendiliğinden eriyebilir. Dolayısıyla değişimlerin istemli olup olmaması enerjiye bağlı olmayabilir. Çünkü enerjiye bağlı olmayan istemli olaylar da vardır. Bir gaz örneği küçük hacimli bir kaptan daha büyük bir kaba alındığında, gaz tanecikleri enerjiye ihtiyaç duymaksızın genleşir ve kaba yayılır. Bu durumda kap içerisindeki düzensizlik artmış olur. Bir kimyasal tepkimenin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşemeyeceği sorusuna termodinamiğin I. Yasası yanıt veremez. Başka bir deyişle, kendiliğinden gerçekleşen tepkime ekzotermik ya da endotermik olabilir. Hızlı ya da yavaş gerçekleşebilir. Kimyasal tepkimelerin kendiliğinden oluşup oluşmadığını tepkimelerin standart oluşum ısılarını kullanarak belirleyemeyiz. Tepkimenin kendiliğinden oluşup oluşmayacağına yanıt verebilecek yasa termodinamiğin II. Yasasıdır. Termodinamiğin II. Yasası entropi adını verdiğimiz kavram ile açıklanır. Örnek: Aşağıdaki olayları ekzotermik ve endotermik olarak belirleyiniz. Hangi olaylar kendiliğinden gerçekleşebilir? 1. Buzun oda sıcaklığında erimesi. 2. Suyun 0 o C nin altında bir sıcaklıkta donması. 3. Suyun buharlaşması. 4. Metan gazının yanması. 5. Sofra tuzunun suda çözünmesi. 6. Demirin paslanması. 7. Elmasın grafite dönüşmesi. Entropi: Bir sistemin, düzensizliğinin bir ölçüsüdür. Entropi S sembolü ile gösterilir. Birimi J.K -1.mol -1 dür. Sistemin entropisinin artması sistemin düzensizliğini artırırken enerji verme kabiliyetini de artırmaktadır. Erime, buharlaşma, çözünme ve sıcaklığın yükselmesi bir sistemin entropisinin artmasına sebep olur. Bu durumda sistemin entropisindeki değişme( S) > 0 olurken; yoğunlaşma, donma çökme ve sıcaklık düşmesi ise entropide azalmaya neden olur. Bu durumda S < 0 olur. Entropi değişimi( S) ile kendiliğinden olma eğilimi birbiriyle ilişkilidir. Kendiliğinden düzensiz bir durum, kendiliğinden düzenli bir duruma göre daha olasıdır. Entropi bir olasılık fonksiyonudur. Düzensiz bir hal yüksek olasılığa ve büyük bir entropiye; düzenli bir halin küçük bir olasılığa ve küçük bir entropiye sahip olduğu görülür. 15

16 Termodinamiğin II. Ve III. Yasaları: Doğadaki olaylarda, sadece sistemin entropisinde değişiklik olmaz. Olaylar sırasında sistem ile ortam(çevre) arasındaki ısı alışverişinden dolayı sistemin entropisi( S sistem ) ve ortamın entropisi( S ortam ) değişirken, evrendeki toplam entropi( S toplam ) de değişir. Evrendeki toplam entropi değişimi, sistemin ve ortamın entropi değişimlerinin toplamına eşittir. S toplam = S sistem + S ortam a. Ortamın entropisindeki değişim, sabit sıcaklık ve basınçta aktarılan ısıyla orantılıdır ( S ortam α H sistem ). b. Ortamın entropisi sıcaklıkla ters orantılıdır( S α 1/T). Buna göre, sabit basınç ve sıcaklıkta, yazabiliriz. Toplam entropinin pozitif olması, bir olayın istemli olduğunun göstergesidir. İstemli bir olay için; S toplam = S sistem + S ortam > 0 dır. Sistemin ve ortamın entropi değişimleri miktarca eşit ve işaretleri zıt ise sistem dengede ve toplam entropi değişimi; S toplam = S sistem + S ortam = 0 dır. Toplam entropinin negatif olması, bir olayın tasarlanan yönde istemsiz ancak tersinin istemli olduğunun bir göstergesidir. Bu durumda; S toplam = S sistem + S ortam < 0 dır. 16

17 Örnek: Su 0 o C altındaki bir sıcaklıkta kendiliğinden donar. Donma olayı gerçekleşirken su moleküllerinin entropisinde nasıl bir değişme olur? Suyun 0 o C den düşük bir sıcaklıkta donmasının kendiliğinden gerçekleştiğini nasıl açıklayabiliriz? Yanıt: Su molekülleri donarken tanecikler daha düzenli hale gelir. Suyun 0 o C nin altında donması sırasında çevredeki entropi artışı, sistemdeki entropi azalmasından daha büyük olur. Bu durumda toplam entropi değişimi sıfırdan büyük olur( S toplam >0). Su donarken çevreye verilen ısı çevrede bulunan taneciklerin düzensizliğinin artmasına neden olur. Örnek: Aşağıdaki olaylardan hangileri bir sistemin entropisinde artışa neden olur? Yanıt: a, b, c, d, f. a. Sıcaklık artışı b. Katının sıvıya dönüşümü c. Sıvının gaza dönüşümü d. Bir katı ya da sıvının başka bir sıvıda çözünmesi e. Bir gazın bir sıvıda çözünmesi f. Maddenin fiziksel hali değişmeden tanecik sayısının artırılması Bir gazın sıvıda çözünmesi hariç tüm değişmelerde sistemin entropisinde artış olur. Gaz tanecikleri çok düzensiz bir dizilişe sahiptir. Gaz taneciklerinin bir sıvı içerisinde çözünmeleri sırasında düzensizlikleri azalır(e). Örnek: Aşağıda verilen çiftlerin entropilerini her bir şık için ayrı ayrı karşılaştırınız. Yanıt: a. 1 mol sıvı azot; 1 mol azot gazı b. 1 mol O 2 (g); 1mol O 3 (g) c. Oda sıcaklığındaki su; 90 0 C deki su d. 1 mol kuru buz(co 2 (k); 1 mol CO 2 (g) e. 1 mol CO 2 (g); Gazoz içerisinde çözünmüş 1 mol CO 2 (g) a. Bir madde örneği için entropi katı < sıvı < gaz sırasıyla artış gösterir. Bu nedenle 1 mol azot gazının entropisi daha yüksektir. b. Her iki gaz da oksijen atomları içermektedir. Ozon molekülündeki atom sayısı daha fazla olduğu için taneciklerin hareket çeşitliliği daha fazladır. Bu durumda O 3 (g) daha büyük entropiye sahiptir. c. Sıcaklık artışı entropinin artışına neden olduğu için 90 o C deki su daha yüksek entropiye sahiptir. d. 1 mol CO 2 (g) (bakınız açıklama a). e. Bir gazın bir sıvıda çözünmesi sırasında entropisi azalır. Bu nedenle 1 mol CO 2 gazının gazının entropisi daha yüksektir. 17

18 Her istemli olayda evrenin toplam entropisi artar ve evren zaman geçtikçe bir denge haline yaklaşır. Bu ifade Termodinamiğin II.Yasasıdır ve entropiyi sistemin düzensizliğine bağlı olarak inceler. Bir sistemin düzensizliği, sistemdeki moleküllerin sahip olacağı konumlarının sayısındaki artışa bağlıdır. Bu duruma neden olan faktörlerden bir tanesi sıcaklıktır. Sıcaklık, moleküllerdeki hareket serbestliğini artırarak entropinin yükselmesini sağlar. Sıcaklığı yüksek olan maddelerin entropileri de yüksektir. Entropisi en düşük maddenin sıcaklığı mutlak sıfır(-273,15 o C) sıcaklığıdır. O halde mutlak sıfır noktası entropi için bir başlangıç noktası olarak kabul edilebilir. Bu noktada, mükemmel bir kristal yapıda tüm titreşim hareketleri biteceği için entropi sıfır olur. Bunu termodinamiğin III. Yasası açıklar. Termodinamiğin III. Yasasına göre Mutlak sıfır noktasında bütün saf maddelerin(element ve bileşiklerin) kristalleri sıfır entropiye sahiptir. Ancak sıcaklık mutlak sıfıra yaklaşırken saf olmayan kristaller, hatalı kristaller, katı çözeltiler ve cam için mutlak entropi sıfır olmaz. Mutlak sıfır sıcaklığından itibaren ısıtılmaya başlanan saf ve hatasız, mükemmel kristallerdeki entropi artışı, entalpileri ve hal değişim ısıları ölçülerek bulunur. Sistemin mutlak enerjisini ya da mutlak entalpisini bulamadığımız halde mutlak entropi değerini belirlemek mümkündür. Bu değerler, 1 mol maddenin 1 atm de 25 o C sıcaklıkta yapıldığı için standart mutlak entropiler(s o ) olarak adlandırılır. Kimyasal tepkimelerin standart entropi değişimi( ) hesaplanırken ürünlerin standart entropileri toplamından tepkimeye giren maddelerin standart entropileri toplamı çıkarılarak bulunur. Örnek: Aşağıda verilen tepkimeler için entropi değişiminin( S o ) sıfırdan büyük(( S o >0) ya da küçük(( S o <0) olduğunu belirleyerek nedenini açıklayınız. Yanıt: a. 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) b. CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) c. CaCO 3 (k) CaO(k) + CO 2 (g) a. Gaz molekülleriyle gerçekleşen tepkimelerde tepkimeye girenlerin ve ürünlerin tanecik sayılarının değişmesi entropideki değişimide belirler. (a) tepkimesinde ürünlerin toplam tanecik sayısı girenlerinkinden fazla olduğu için entropide bir artış olmuştur. Bu nedenle S o >0 olur. 18

19 b. Tepkimeye girenlerin ve ürünlerin toplam tanecik sayıları eşit olduğu için bu tepkimede entropi değişimi yaklaşık olarak sıfırdır. c. Tepkimeye giren katı ürünlerden bir kısmı gaz olduğu için S o >0 olur. Örnek: Bazı bileşiklerin standart oluşum entalpileri aşağıda verilmiştir. Buna göre, Madde Standart Entropi Değeri(S o ) J.K -1.mol -1 CH 4 (g) 186 O 2 (g) 205 CO 2 (g) 214 H 2 O(g) 189 CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) Tepkimesinin 25 o C deki standart entropi değişimini( S o ) hesaplayınız.(yanıt : -4 J/K) Açıklama: Yukarıda verilen tepkime için bir önceki örnekte entropi değişiminin yaklaşık sıfır olduğunu belirtmiştik. Hesaplama ile bulduğumuz değer bu değerlendirmenin doğru olduğunu göstermiştir. Örnek: Bir çözeltinin oluşumu sırasında sistemin entropi değişimi( S sistem ) pozitif bir değerdir; ancak çevrenin entropi değişimi( S ortam ) çözeltinin ısısına bağlıdır. Buna göre aşağıda verilen iki işlemden hangisinin kendiliğinden gerçekleştiğini açıklayınız. a. Yağın suyla karışması b. Etil alkolün suyla karışması Yanıt: Polar olan su molekülleri ile apolar olan yağ moleküllerinin karışması sırasındaki entalpi değişimi( H) pozitiftir. Bu durumda; değeri, H sistem değeri büyüdükçe, değeri daha büyük bir negatif değer olacaktır. değeri pozitif olmasına rağmen değeri daha büyük bir negatif değer olduğu için değeri negatif olacaktır. Bu da yağın suyla karışması olayının kendiliğinden gerçekleşemeyeceğini göstermektedir. Polar maddelerin birbiriyle karışması işleminde H değeri küçük olduğu için değeri baskın hale geleceği için pozitif olacak ve etil alkolün suyla karışması kendiliğinden gerçekleşecektir. Örnek: 298 o K sıcaklıkta denklemi, standart oluşum entalpileri ve S sistem değerleri aşağıda verilen metan gazının oksijenle yanma tepkimesi kendiliğinden gerçekleşebildiğini ıspatlayınız.(yanıt: = 2689 J/K Evet) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) = - 4 J/K = - 75 kj = - 393,5 kj = k 19

20 Gibbs Serbest Enerjisi: Termodinamiğin II. Yasasına göre her istemli olayda evrenin toplam entropisi artmaktadır. İstemli bir değişmenin yönünü belirlemek için sistemin ve ortamın entropi değişimlerinin toplamını bulmak gerekir. Ortamın entropi değişimi; Toplam entropi değişimi istemli bir olay için; ile bulunur. S toplam = S sistem + S ortam > 0 olduğuna göre, denklemde S ortam yerine yazılırsa, S toplam = S sistem > 0 bağıntısı ortaya çıkar. Eşitliğin her iki tarafı T ile çarpıldığına; T. S toplam =T. S sistem > 0 ifadesi elde edilir Böylece bir olayın istemliliğini, ortamı dikkate almadan sistemin özelliklerine bağlı olarak bulabiliriz. Aynı bağıntının her iki tarafı -1 ile çarpıldığında, - T. S toplam = - T. S sistem < 0 eşitliği elde edilir. Bu eşitliğe göre - T. S sistem sıfırdan küçükse gerçekleşen olay istemlidir. Bu durum, termodinamiğin uygulanabilirliğine katkı sağlayan Josiah Willard Gibbs ten dolayı Gibbs Serbest Enerjisi(G) olarak aşağıdaki eşitlik şeklinde ifade edilir. G = - T. S toplam ya da G = - T. S sistem eşitliğinden br olayın istemliliği toplam entropi değişmesi yerine sistemin serbest enerji değişiminden( G) yararlanılarak anlaşılabilir. G = - T. S sistem denklemindeki tüm değerler sisteme aittir. Bu nedenle denklemi G = - T. S şeklinde yazabiliriz. Serbest enerji iş yapmaya hazır enerji anlamına gelir. Bir değişimde kullanılabilir bir enerji açığa çıkıyorsa( G < 0) bu değişim ileri yönde istemlidir. Bunun anlaşılması için toplam entropi değişiminin bilinmesine de gerek yoktur. G > 0 ise değişim ileri yönde istemsiz ters yönde istemlidir. G < 0 ise değişim ileri yönde istemli ters yönde istemsizdir. G = 0 olduğunda sistem dengededir. 20

21 Örnek: Sodyum klorür bileşiğinin sodyum ve klor elementlerinden oluşumu ekzotermiktir( =-822 kj). Sodyum ve klor atomlarının sodyum klorür kristallerindeki düzenli sıralanışları nedeniyle sistemin entropisi negatiftir( = - 181,7 J/K). Bu tepkime hangi sıcaklık değerinde kendiliğinden gerçekleşmez? Yanıt: > 0 olduğunda tepkime ileri yönde kendiliğinden gerçekleşmeyecektir. ve değerlerinin her ikisi de negatif olduğu için > 0 olması, T. terim değerinin terim değerinden büyük olmasıyla mümkündür. Bu durumda, için sıfır olduğu değeri hesaplarsak, = T ,2 kj = T. (-181,7 J/K) T = = 4225 K bulunur. Bu sıcaklıkta sıfır olacağı için, bu sıcaklığın üstündeki sıcaklıklarda tepkime kendiliğinden gerçekleşmeyecektir. Örnek: Serbest enerji değişimi( ) ve toplam entropi değişimi( ) değerlerini aşağıda verilen bilgilerle değerini hesaplayarak buzun, a. 10 o C b. 0 o C c. 10 o C sıcaklık değerlerinde kendiliğinden eriyip erimeyeceğini açıklayınız. Yanıt: H 2 O(k) H 2 O(s) = 6,03 x 10 3 J/mol; = 22,1 J/K.mol a) = 2,17 x 10 2 J/mol, = - 0,8 J/K.mol Erimez. b) = 0 J/mol, = 0 J/K.mol Denge var. c) = -2,24 x 10 2 J/mol, = 0,793 J/K.mol Erir. Örnek: Cıvanın(Hg) buharlaşma ısısı( ) 58,51 kj/mol ve buharlaşması sırasındaki entropi değişimi ( ) 92,92 J/K.mol olduğuna göre cıvanın normal kaynama noktasını hesaplayınız.( Cıvanın kaynama noktasında sıvı ve gaz fazı arasında denge olduğu için = 0 olur.) (Yanıt: 629,7 K(356,7 o C)) Gibbs serbest enerjisi, değişimlerin istemliliğini etkileyen iki faktörü birleştirir. Bunlardan birincisi minimum enerjili olma eğilimi, diğeri ise maksimum düzensizlik eğilimi dolayısıyla entropideki artıştır. Enerjide bir değişiklik olmadan istemli olarak kendiliğinden oluşan olaylar da vardır. İdeal davranış gösteren iki farklı gaza ait moleküllerin aynı basınç ve sıcaklıkta birbiri içinde dağılmasında sistemin iç enerjisi değişmez. Sistemle ortam arasında ısı alışverişi olmadığından ortamın entropisi değişmez. Sistemin entropisi ise artar. Bu durumda toplam entropi de artar. Gazların bu şekilde kendiliğinden 21

22 karışması eğilimi evrendeki entropi artışından kaynaklanır. Bu durumda termodinamiğin II. Yasasını Enerji değişimi olmayan hiçbir istemli olayda entropi azalması olmaz. şeklinde de ifade edebiliriz. Kimyasal Tepkimelerdeki İstemlilik ve Gibbs Serbest Enerjisi Arasındaki İlişki: Standart koşullarda giren ve ürünlerin yer aldığı tepkimedeki serbest enerji değişimine tepkime standart serbest enerjisi( G o ) denir. Bir tepkimenin G o değeri H o ve S o değerleri kullanılarak hesaplanabilir. G o değerinin negatif olması ve sıfırdan oldukça farklı değerde çıkması tepkimenin ürünler yönüne istemli; ancak tersinmez yani dengeden uzakta olduğunu gösterir. G o değerinin pozitif olması ve sıfırdan oldukça farklı değerde çıkması tepkimenin ürünler yönüne istemsiz, girenler yönüne istemli olduğunu gösterir. G o değerinin sıfır veya sıfıra yakın olması tepkimenin tersinir olduğunu gösterir. G o değeri maddelerin standart oluşum serbest enerji değerleri kullanılarakta hesaplanabilir. Elementlerin kararlı hallerine standart oluşum serbest enerji değerleri sıfırdır. Örnek: Aşağıda verilen tepkimelerin 25 o C sıcaklıkta serbest enerji değişimi( hesaplayınız. ) değerlerini a) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) b) 2 H 2 S(g) + SO 2 (g) 3 S(k) + 2 H 2 O(g) Madde Standart oluşum serbest enerjisi( ) kj/mol CH 4 (g) - 51 CO 2 (g) -394 SO 2 (g) -300 H 2 S(g) -33 H 2 O(g) -229 Yanıt: a) -801 kj b) -92 kj Sorular 1. Madde ( kj/mol) S o ( J/K.mol) FeSO 4-998,3-117,6 CuSO 4-884,5-79,5 Fe(k) 0 27,2 Cu(k) 0 33,1 Yukarıda verilen değerleri kullanarak, Fe(k) + CuSO 4 (suda) Cu(k) + FeSO 4 (suda) 22

23 tepkimesinin 25 o C sıcaklıkta,, değerlerini hesaplayınız ve tepkimenin istemli yürüyüp yürümediğini açıklayınız. ( = -32,2 J/mol.K, = -381,9 J/mol.K, = 349,7 J/mol.K, tepkime belirtilen yönde istemlidir.) 2. Aşağıda verilen tepkimelerin herbirinin hangi sıcaklıklarda gerçekleşeceğini bulunuz. a. 2 C(k) + 2 H 2 O(g) CH 4 (g) + CO 2 (g) = 15,28 kj; = 11 J/K Yanıt: (1389 K üzerindeki sıcaklıklarda kendiliğinden gerçekleşir.) b. N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) = -91,8 kj; = -197,3 J/K Yanıt: (465 K altındaki sıcaklıklarda kendiliğinden gerçekleşir.) c. 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) = -906,2 kj; = 363,8 J/K Yanıt: (T=-2490 K çıkan sonuç tepkimenin her sıcaklıkta kendiliğinden gerçekleştiğini gösterir; çünkü sıcaklık hiçbir zaman 0 K in altıda olamaz.) 3. 1 atm basınç altında aşağıda verilen değerler için sıcaklığın tepkimelerin kendiliğinden gerçekleşmesine etkisini açıklayınız. a. < 0 ve > 0 ( her zaman sıfırdan küçük olacağı için her sıcaklıkta kendiliğinden gerçekleşir.) b. > 0 ve < 0 ( her zaman sıfırdan büyük olacağı için hiçbir sıcaklıkta kendiliğinden gerçekleşmez.) c. > 0 ve > 0 ( küçük sıcaklık değerleri için sıfırdan büyük olacak, yüksek sıcaklık değerleri için sıfırdan küçük olacaktır. Tepkime küçük sıcaklık değerlerinde kendiliğinden gerçekleşmeyecek; ancak sıcaklık arttıkça kendiliğinden gerçekleşebilecektir.) d. < 0 ve < 0 ( küçük sıcaklık değerleri için sıfırdan küçük değerler alacak, yüksek sıcaklık değerleri için sıfırdan büyük değerler alacaktır. Bu durumda tepkime düşük sıcaklık değerlerinde istemli olacak; ancak sıcaklık değeri yükseldiğinde ileri yönde kendiliğinden gerçekleşmeyecektir.) 23

24 4. Propan gazının yanma denklemi C 3 H 8 (g) + 5 O 2 (g) 3 CO 2 (g) + 4 H 2 O(g) = kj şeklindedir. 25 o C sıcaklıkta a. ortamın entropi değişimini J/K olarak hesaplayınız. ( = +6,86 x 10 3 J/K) b. sistemin entropi değişiminin işaretini belirleyiniz. ( > 0; çünkü giren gazların toplam molü 6, ürünlerinki ise 7 dir.) c. toplam entropi değişiminin işaretini belirleyerek tepkimenin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmediğini bulunuz. ( = + > 0, tepkime kendiliğinden gerçekleşir.) 5. N 2 (g) + O 2 (g) 2 N 2 O(g) = +163,2 kj şeklindedir. 25 o C sıcaklıkta, a. ortamın entropi değişimini J/K olarak hesaplayınız. b. sistemin entropi değişiminin işaretini belirleyiniz. c. toplam entropi değişiminin işaretini belirleyerek tepkimenin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmediğini bulunuz. 6. Bir tepkimenin = -107 kj ve = 285 J/K değerleri verildiğine göre, hangi sıcaklık değerinde tepkimenin entropi değişimindeki değişme, çevrenin entropisindeki değişim değerine eşittir? 7. CCl 4 (g) C(k, grafit) + 2 Cl 2 (g) tepkimesi için 25 o C sıcaklıkta = +95,7 kj, = +142,2 J/K değerleri veriliyor. a. Tepkimenin değerini hesaplayarak tepkimenin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmediğini belirleyiniz. ( = +53,3 x 10 3 J, kendiliğinden gerçekleşmiyor.) b. Tepkime belirtilen sıcaklıkta kendiliğinden gerçekleşmiyorsa, hangi sıcaklıktan itibaren tepkimenin kendiliğinden gerçekleşeceğini bulunuz.(t = 673 K) 8. C 2 H 4 (g) + H 2 (g) C 2 H 6 (g) tepkimesi için 25 o C sıcaklıkta = -135,7 kj, = -120,5 J/K değerleri veriliyor. 24

25 a. Tepkimenin değerini hesaplayarak tepkimenin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmediğini belirleyiniz. (Yanıt=-99,8 J) b. Sıcaklığın artırılması durumunda değerinde nasıl bir değişme gözlenir?(yanıt=büyür.) 9. Kuru buzun(katı CO 2 ) süblimleşmesi ile ilgili olarak aşağıda verilen cümlelerden hangisi doğru olur? a. >0, >0 değerleri için düşük sıcaklıkta >0, yüksek sıcaklıkta < 0 olur. b. <0, <0 değerleri için düşük sıcaklıkta <0, yüksek sıcaklıkta > 0 olur. c. <0, >0 değerleri için bütün sıcaklıklarda <0 olur. d. >0, <0 değerleri için bütün sıcaklıklarda >0 olur. (Yanıt: Süblimleşme endotermik olduğu için > 0 olur. Süblimleşme sırasında gaz taneciklerinin sayısı artacağı için entropi de artar ve > 0 olur. Bu durumda G = - T. S denkleminde değeri düşük sıcaklıklar için pozitif, yüksek sıcaklıklar için negatif olacaktır. a ) 10. Madde S 0 ( J/K.mol) NH 3 (g) 192,8 O 2 (g) 205,2 NO(g) 210,8 H 2 O(g) 188,8 Yukarıdaki tabloda verilen değerlerden yararlanarak 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) tepkimesinin değerini hesaplayınız. ( = 178,8 J/K) 11. Madde S 0 ( J/K.mol) H 2 S(g) 205,8 O 2 (g) 205,2 SO 2 (g) 248,2 H 2 O(g) 188,8 Yukarıdaki tabloda verilen değerlerden yararlanarak 25

26 4 H 2 S (g) + 3 O 2 (g) 2 SO 2 (g) + 2 H 2 O(g) tepkimesinin değerini hesaplayınız. 12. Madde kj/mol S o J/K.mol SO 2 (g) -296,8 248,2 O 2 (g) 0 205,2 SO 3 (g) -395,7 256,8 Yukarıda verilen değerleri kullanarak, SO 2 (g) + O 2 (g) SO 3 (g) tepkimesinin 25 o C sıcaklıkta değerini hesaplayınız ve tepkimenin verilen yönde kendiliğinden yürüyüp yürümediğini açıklayınız.( = -70,9 kj, istemli) 13. Madde kj/mol S o J/K.mol NO(g) 91,3 210,8 O 2 (g) 0 205,2 NO 2 (g) 33,2 240,1 Yukarıda verilen değerleri kullanarak, NO(g) + O 2 (g) NO 2 (g) tepkimesinin 25 o C sıcaklıkta değerini hesaplayınız ve tepkimenin verilen yönde kendiliğinden yürüyüp yürümediğini açıklayınız.(yanıt= -36,3 kj) 14. Yukarıda verilen Madde (kj/mol) CH 4 (g) -50,5 O 2 (g) 0,0 CO 2 (g) -394,4 H 2 O(g) -228,6 O 3 (g) 163,2 değerlerinden yararlanarak CH 4 (g) + 8 O 2 (g) tepkimesinin 25 o C sıcaklıktaki CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) + 4O 3 (g) değerini hesaplayınız.(yanıt= -148,3 kj)) 26

27 15. Dış basıncın 1,25 atmosfer olduğu bir ortamda, sürtünmesiz pistonla kapatılmış bir silindirdeki gazın hacmi 0,5 litre arttığında 25 J ısı açığa çıkıyor. Bu işlem sırasında iç enerji değişimi( U) kaç J olur? (1 L.atm = 101,3 J, Yanıt = - 88,3 J) 16. Aşağıdakilerden hangisi gerçekleşen olayın ekzotermik olduğunu ifade eder?(yanıt A) A) Suyun donması B) Buzun erimesi C) Kuru buzun(katı CO 2 ) süblimleşmesi D) Benzinin buharlaşması E) Tuzun erimesi 17. Isı kapasitesi 5,1x10 2 J/ o C olan sabit hacimli bir kalorimetre kabı içerisinde 0,125 gram oktan (C 8 H 18 ) yakıldığında kap içerisinde sıcaklık 11,8 o C artıyor. Buna göre oktanın yanma ısısı kaç kj/mol dür?(c=12, H=1, Yanıt=-5007 kj/mol)) NO N 2 + O 2 H = kj 2 NO + O 2 2 NO 2 H = kj Yukarıdaki tepkimeler ve H değerlerine göre, N O 2 2 NO 2 tepkimesinin H değeri kaç kj olur?(yanıt A) A) 68 B) 68 C) 292 D) 292 E) Aşağıdaki tepkimelerin hangisinde verilen H o (standart koşullarda tepkime entalpisi) değeri, o maddenin (standart koşullarda oluşum entalpisi) değerine eşittir?(yanıt A) A) C(k, grafit) + 2 H 2 (g) + O 2 (g) CH 3 OH(s) B) C(k, grafit) + 4 H 2 (g) + O 2 (g) 2 CH 3 OH(s) C) C(k, grafit) + H 2 (g) + O 2 (g) CH 3 OH(s) 27

28 D) C(k, grafit) + 2 H 2 (g) + O 2 (s) CH 3 OH(s) E) C(k, grafit) + 4 H(g) + O 2 (g) CH 3 OH(s) 20. I. Bir sistemin ısı aldığında çevreye iş yapabilmesi II. Bir sistemin ısı açığa çıkarması sırasında sistem üzerine iş yapılması III. Bir sistemin ısı alması sırasında, çevre tarafından sistem üzerine iş yapılması Yukarıdaki işlemlerden hangilerinde sistemin iç enerjisinde her zaman bir artma olur?(yanıt C) A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) II ve III 21. Bir balonu patlatabilmek için sistem tarafından(balondaki gaz) iş yapılıyor olması gerekir. Dış basıncın 1 atm olduğu bir ortamdaki balonun patlayabilmesi için hacminin 0,1 litreden 1,85 litreye çıkması gerekiyor. Buna göre yapılan iş kaç J olur?(1 L.atm = 101,3 J, Yanıt C) A) B) 112 C) D) 177 E) Dış basıncın 1,58 atm olduğu bir ortamda pistonlu bir silindir içerisindeki gazın hacmi 0,485 L den 1,245 L ye çıktığına göre kaç J lük iş yapılmıştır? (1 L.atm = 101,3 J, Yanıt= - 121,6 J) 23. Pistonlu bir kap içerisindeki bir miktar yakıt yakıldığında kabın hacmi 0,255 L den 1,45 L ye çıkıyor. Dış basıncın 1,02 atm olduğu ortamda, 875 J ısı açığa çıktığına göre, yakıtın yanmasıyla iç enerjide meydana gelen değişim kaç J olur? (1 L.atm = 101,3 J, Yanıt= -998,5 J) 24. C 3 H 8 (g) + 5 O 2 (g) 3 CO 2 (g) + 4 H 2 O(g) H tepkime = kj Yukarıda propan(c 3 H 8 ) gazının yanma denklemi ve tepkimenin H değeri verildiğine göre, 13,2 kg propan gazının tam yanmasıyla açığa çıkan ısı kaç kj olur? (C=12, H=1, Yanıt = 6,1x10 5 kj) 28

29 Entalpi, H NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) H tepkime = kj 153 gram NH 3 gazının yukarıdaki tepkime denklemine göre tam yakılması sonucunda açığa çıkan ısı kaç kj olur?(2038,5 kj) 26. I. 2 A + 5 B 4 C + 2 D H 1 II. 2 E + 7 B 4 C + 6 D H 2 III. 2 F + B 2 D H 3 Tepkimeleri ve H değerleri verilmiştir. Buna göre, A + 2 F E tepkimesinin H değeri aşağıdaki işlemlerden hangisiyle bulunabilir? (Yanıt B) A) H 1 - H 2 + H 3 B) H 1 - H 2 + H 3 C) H 1 + H 2 + H 3 D) H 1 - H 2 - H 3 E) H 1 + H 2 - H S 8 (k) + H 2 (g) H 2 S(g) H tepkime = - 20,2 kj Yukarıda verilen tepkime ve H değerini kullanarak, a) geri tepkimenin H değerini bulunuz.(+20,2 kj) b) 3,2 mol S 8 kullanıldığında açığa çıkan ısıyı bulunuz. (-517,1 kj) 28. I. Ca(k) + O 2 (g) CaO(k) H = -635,1 kj II. CaCO 3 (k) CaO(k) + CO 2 (g) H = 178,3 kj Tepkimeleri ve H değerlerine göre, III. Ca(k) + O 2 (g) + CO 2 (g) CaCO 3 (k) tepkimesinin H değerini hesaplayınız ve hangi denklemin, aşağıda verilen grafikteki hangi harfe denk gelebileceğini gösteriniz. (Yanıt= -813,4 kj, I ve B, II ve C, III ve A) B 29

30 A C 29. Cu 2 O(k) + O 2 (g) 2 CuO(k) = - 146,0 kj Bakır(I) oksit oksitlendiğinde bakır(ii) oksite dönüşebilir. Bu değişimi gösteren tepkime denklemi ve değeri ve Cu 2 O(k) bileşiğinin standart oluşum entalpisi( ) değeri 168,6 kj/mol olarak verildiğine göre, CuO(k) bileşiğinin standart oluşum entalpisi( olur?(yanıt= -157,3 kj/mol) ) kaç kj/mol 30. Bazı bileşiklerin standart oluşum entalpisi( ) değerleri kj/mol olarak aşağıdaki tabloda verilmiştir. Buna göre, Madde standart oluşum entalpisi( ) kj/mol PbSO 4 (k) - 919,9 PbO 2 (k) - 274,5 H 2 SO 4 (s) - 814,0 H 2 O(s) - 285,8 2 PbSO 4 (k) + 2 H 2 O(s) Pb(k) + PbO 2 (k) + 2 H 2 SO 4 (s) tepkimesinin değeri kaç kj olur?(yanıt= +508,9 kj) NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) tepkimesinin = kj olduğuna göre, NO(g) + H 2 O(g) NH 3 (g) + O 2 (g) tepkimesinin entalpi değişim değeri kaç kj olur? (Yanıt = + 226,5 kj) 32. NaNO 3 (k) Na + (suda) + N (suda) Yukarıda sodyum nitrat bileşiğinin suda çözünme denklemi verilmiştir. 15,3 gram NaNO 3 kalorimetre kabının içerisindeki suda çözündüğünde sıcaklık 25,0 o C den 21,56 o C ye düşmektedir. Kabın ve içindeki çözeltinin ısı kapasitesi 1071 J/ o C olduğuna göre, yukarıda verilen tepkimenin H değeri kaç kj/mol olur?(na=23, N=14, O=16, Yanıt = + 20,47 kj/mol) 33. N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO(g) H = 180,6 kj 30

31 N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) H = - 91,8 kj 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O(g) H = - 483,7 kj Tepkimeleri ve H değerleri verildiğine göre, 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) tepkimesinin H değeri kaç kj olur?(yanıt =- 906,3 kj) 34. H 2 S(g) + O 2 (g) H 2 O(g) + SO 2 (g) H = kj H 2 (g) + O 2 (g) H 2 O(g) H = kj S 8 (rombik) + O 2 (g) SO 2 (g) H = -297 kj Tepkimeleri ve H değerleri verildiğine göre, S 8 (rombik) + H 2 (g) H 2 S(g) tepkimesinin H değeri kaç kj olur?(yanıt = -21 kj) 35. A + B 2 C H = kj A + 3 D 2 E H = kj 2 D + B 2 F H = kj Tepkimeleri ve H değerleri verildiğine göre, 4 E + 5 B 4 C + 6 F tepkimesinin H değeri kaç kj olur?(yanıt = kj) NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) tepkimesinin = kj olduğuna göre, 8,5 gram NH 3 ile 16 gram oksijenin tam verimle gerçekleşen tepkimesi sonucunda açığa çıkan ısı kaç kj olur?(n=14, H=1,O=16, Yanıt = -90,6 kj) 37. Bazı maddelerin bağ enerjileri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Bağ Bağ enerjisi (kj/mol) N = N 418 F F 155 N N 167 N F

32 Buna göre, N 2 F 2 (g) + F 2 (g) N 2 F 4 (g) tepkimesinin H değeri kaç kj olur?(yanıt= -160 kj) 38. Bazı maddelerin bağ enerjileri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Buna göre, Bağ Bağ enerjisi (kj/mol) H - H 432 H O 459 O O 142 O = O 494 H 2 (g) + O 2 (g) H 2 O 2 (g) tepkimesinin H değeri kaç kj olur? (Yanıt: kj) 39. Bazı maddelerin ve S o değerleri tabloda verilmiştir. Madde kj/mol S o J/K.mol N 2 (g) 0 191,6 H 2 (g) 0 130,6 NH 3 (g) - 45,90 192,7 Yukarıda verilen değerleri kullanarak, N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) tepkimesinin 298 K sıcaklıktaki a) standart serbest enerji( ) değerini hesaplayınız. (yanıt: J) b) tepkimenin belirtilen yönde kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşemeyeceğini bulunuz. 40. Bazı maddelerin ve S o değerleri tabloda verilmiştir. Madde kj/mol S o J/K.mol HCN(g) 135,1 201,7 O 2 (g) 0 205,0 H 2 O(s) - 285,8 69,95 CO 2 (g) - 393,5 213,7 N 2 (g) 0 191,6 Yukarıda verilen değerleri kullanarak, 32

33 sıcaklıktaki 4 HCN(g) + 5 O 2 (g) 2 H 2 O(s) + 4 CO 2 (g) + 2 N 2 (g) tepkimesinin 298 K a) standart serbest enerji( ) değerini hesaplayınız. (yanıt: J) b) tepkimenin belirtilen yönde kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşemeyeceğini bulunuz. 41. Bazı maddelerin ve S o değerleri tabloda verilmiştir. Madde kj/mol S o J/K.mol CH 3 OH(s) - 238,7 126,8 H 2 O(l) - 285,8 70,0 CO 2 (g) - 393,5 213,7 CH 3 OH(s) + O 2 (g) 2 H 2 O(s) + CO 2 (g) tepkimesinin 25 o C sıcaklıkta değeri -702,2 kj olduğuna göre, O 2 (g) mutlak entropi değeri (S o ) değeri kaç J/mol.K olur? (yanıt: + 208,74 ) 42. Aşağıda verilen değişimlerde sistemin S değerinin işaretini, 298 K ve 1 atm de belirleyiniz. a) CO 2 (k) CO 2 (g) b) CaSO 4 (k) CaO(k) + SO 3 (g) c) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) d) I 2 (k) I 2 (suda) e) H 2 O(g) H 2 O(s) f) I 2 (k) 2 I(g) g) Ag + (suda) + Cl - (suda) AgCl(k) h) CaCO 3 (k) CaO(k) + CO 2 (g) 43. Bazı maddelerin 298 K sıcaklıktaki standart entropi değerleri tabloda verilmiştir. Madde Entropi(S o ) (J/mol.K) NO 2 (g) 240,0 N 2 O 4 (g) 304,2 Buna göre, N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) tepkimesinin standart entropi değişim değerini( S o ) hesaplayınız. (175,8) 44. Fe 2 O 3 (k) + 3 H 2 (g) 2 Fe(k) + 3 H 2 O(g) tepkimesi için = + 98,8 kj ve = + 141,5 J/K verildiğine göre, 33

34 a) tepkimenin 298 K sıcaklığında kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmediğini bulunuz. (yanıt= J) b) hangi sıcaklıktan itibaren tepkime kendiliğinden gerçekleşir? (yanıt= 698,2 K den yüksek sıcaklıklarda) 45. N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) tepkimesi için = + 57,1 kj ve = + 175,8 J/K verildiğine göre, a) tepkimenin 298 K sıcaklığında kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmediğini bulunuz. ( = ,6 J) b) hangi sıcaklıktan itibaren tepkime kendiliğinden gerçekleşir? (324,8 K den yüksek sıcaklıklarda) 46. Civanın(Hg) buharlaşması için = + 58,5 kj ve = + 92,9 J/K verildiğine göre, a) Civanın 1 atm basınçta 325 o C sıcaklıkta kaynayıp kaynamadığını bulunuz.(yanıt= Kaynamıyor.) b) Civanın normal kaynama noktasını bulunuz.(yanıt=630 K) 47. Yandaki kaplarda bulunan ideal gazlar aynı koşullardadır. Soldaki kapta A gazı, sağdaki kapta B gazı vardır.kapların çevre ile ısı alışverişi yapmadıkları varsayılmaktadır. Kaplar arasındaki musluk açılıyor. a) Son durumu yeni bir şekil ile gösteriniz. b) Bu işlem için H, S ve G nin işaretleri( +, -, 0) ne olur? Açıklayınız. 34

35 c) Bu işlemi termodinamiğin II. Yasasını kullanarak açıklayınız. d) Gazların ilk konumdaki gibi ayrı kaplara geçmeleri kendiliğinden gerçekleşebilir mi? Açıklayınız. 48. Aşağıda şekli verilen değişim için H, S ve G nin işaretleri( +, -, 0) ne olur? Açıklayınız. I 2 (k) I 2 (g) 49. Aşağıda şekli verilen ideal bir gazın sabit sıcaklıkta sıkıştırılması işlemi için H, S ve G nin işaretleri( +, -, 0) ne olur? Açıklayınız. 50. A 2 (g) ve B 2 (g) molekülleri arasında kendiliğinden gerçekleşen tepkimenin sembolik gösterimi aşağıdaki şekilde verilmiştir. a) Yukarıda sembolik gösterimi yapılan tepkimenin denklemini yazınız. 35