Genel Kimya 101. Ofis,325. Doç.Dr.Mehmet Sankır. e- mail: web: TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

Transkript

1 Genel Kimya 101 Doç.Dr.Mehmet Sankır e- mail: web: Ofis,325 TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

2 courses Kim101 GenelKimya

3 Program Saat Pazartesi Salı Çarşamba Perşembe Cuma 08:30-09:20 Derslik: Derslik: :30-10:20 Derslik: Derslik: slide - 10:30-11:20 Derslik: MNT :30-12:20 Derslik: MNT 518 Derslik: :30-13:20 - Derslik: 371 MNT 518 Derslik: slide - 13:30-14:20 Derslik: 297 Derslik: slide - Derslik: 308 Derslik: :30-15:20 Derslik: OFİS SAATİ Derslik: slide Derslik: slide 15:30-16: OFİS SAATİ Derslik: :30-17:20 Derslik: Derslik: :30-18:20 Derslik:

4 Ekim13- Ekim17 KİMYASAL ENERJİ ve TERMODİNAMİĞİN 1. YASASI: İş ve Isı, Isı Kapasitesi Kalorimetre, Termodinamiğin 1. Yasası, Entalpi, Hess Yasası, Bağ Enerjileri Ekim20- Ekim24 TERMODİNAMİĞİN 2. ve 3. YASASI ve KİMYASAL DENGE: Karnot Döngüsü, Termodinamiğin İkinci Yasası, Termodinamiğin Üçüncü Yasası, Kendiliğinden Olma Süreci, Entropi, Serbest Enerji ve Kimyasal Tepkimeler, Denge Sabiti, Serbest Enerji ve Denge Sabiti Arasındaki İlişki

5 Ders Kitapları ve Kaynaklar: 1. Genel Kimya: İlkeler ve Modern Uygulamalar, R.H. Petrucci, F.G. Herring, J.D.Madura, C.Bissonnette, PearsonEducation 10. Baskı 2. Introduction to the Thermodynamics of Materials, David R.Gaskell, 4 th edition, Taylor and Francis 3. Chemistry, R. Chang, McGraw-Hill, Inc. 6 th Edition 4. Chemistry, J. McMurry, R.C. Fay, Prentice-Hall, Inc. 2 nd Edition 5. General Chemistry, D.Ebbing, SteveGammon General Chemistry for Engineers, J.O. Ç Glanville, PrenticeHall 2002 Başarı Değerlendirme: Ödev: % 20 AraSınav:% 40 Final: % 40 Bonus: % 5

6 HATIRLATMA Yanınızda resimli kimlik gefriniz Hesap makinesi bulundurmak gerekmektedir Cep telefonu kullanmak yasakkr - Sınava gelirken Periyodik cetvel yada soru gereği verilmesi gereken her şey sınav kağıtlarında olacakkr. Bu sebeple yanınızda bu tür bilgi formaları gefrmeyiniz.

7 TermoKimya; Kimyasal tepkimeler sonucu ısı değişimlerini inceleyen çalışma alanı

8 Enerji, KineFk enerji, Potansiyel enerji, Enerji; İş yapabilme yada ısı üretme kapasitesidir. KineFk enerji; Hareket eden cisimler taraxndan üreflen enerjidir Potansiyel enerji; Bir cismin pozisyonundan kaynaklanan enerjidir. Termal enerji, Kimyasal enerji, ve diğer enerji çeşitleri kinefk ve/veya potansiyel enerjinin bir türüdür denilebilir.

9 Termodinamiğin 1. Yasası: Enerjinin korunumu Evrendeki enerjinin miktarı sabizr. Enerji sürekli biçim değişfrir. Enerji bir biçimden başka bir biçime dönüştüğü için, yaraklamaz ya da yok edilemez.

10 300 K de bir molekülün averaj kinefk enerjisi 1000 ton kömür yandığında açığa çıkan enerji joule Bir bakterinin bölünmesi sırasında ortaya çıkan enerji 1 kalori (4,184 J) 1 ton TNT nin patlamasında açığa çıkan enerji Dünyaya düşen günlük güneş enerjisi Bir tane U 235 atomunun fizyonundan meydana çıkan enerji 1 mol glikozun yanmasından açığa çıkan enerji 1 kilovat saat elektrik enerjisi Güçlü bir depremde çıkan enerji

11 Sıcaklık ve Isı Sıcaklık bir cismin içindeki molekül ya da atomların hareketlerinin miktarını tarif eder. Eğer bu parçacıklar çok hızlı bir şekilde hareket ediyorsa cisim yüksek sıcaklığa sahipfr. Isı ise bir cisimden başka bir cisme transfer olan enerji miktarıdır.

12 Sistem ve Çevresi Sistem; bizim üzerindeki değişiklikleri izleyeceğimiz evrenin bir parçası. Sistemi tarif ezğimiz noktada, sistem dışında kalan her şey Çevre dir Çevre Çevre Sistem Çevre Çevre

13 Farklı Sistemler Su buharı ISI ISI Açık Sistem Kütle transferi var Isı transferi var Kapalı Sistem Isı transferi var Kütle transferi yok İzole Edilmiş Sistem Kütle ve ısı transferine izin verilmiyor

14 Ekzotermik ve Endotermik Süreçler 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (l) + enerji Endotermik Çevreden enerji sisteme Enerji transferi H 2 O (k) H 2 O (s) Sistemden Çevreye Enerji Transferi Ekzotermik

15 Bir sistemin ilk ve son durumu ve durum fonksiyonları Bir sistem içindeki değişiklikler sistemin sıcaklığı, basıncı, hacmi, enerjisi, kompozisyonu ve bunun gibi değerlerle gözlemlenir. Bu değerlerdeki değişiklikler sistemin durumunu gösterir. Sistemin bir durumdan diğer duruma geçmesi önemlidir ama nasıl geçfği durum fonksiyonlarına dahil edilmez. Durum fonksiyonları sadece ilk ve son durumu tanımlar.

16 Enerji durum fonksiyonlarından biridir; Buradaki erişilen potansiyel enerji yoldan bağımsızdır Son durum İlk durum

17 İç Enerji (U) " Bir sistem içerisindeki her parçacık potansiyel ve kinefk enerjiye sahipfr " İç enerjide durum fonksiyonudur; İç enerjinin değişimi son durumdaki enerjiden ilk durumdaki enerjinin çıkarılması ile bulunur

18 Isı ve İş " Isı q ile gösterir sistem ve çevre arasında iki yönde transfer olan enerjidir. " Enerji transferinin diğer bütün biçimleri (mekanik, elektrik vb.) ise bir çeşit iş e dahil olur. İş w ile gösterilir. " Dolayısıyla enerji transferi ısıyla ve/veya iş le yapılır. " Sistemin iç enerjisindeki değişiklik aşağıdaki gibi ifade edilir;

19 Sadece ısı ile enerji transferi " Sistem enerjiyi ısı ile transfer eder ama iş yapmaz.

20 Sadece ısı ile enerji transferinde iki olasılık vardır; 1. Sistemden ısı akmı; Sistemin enerjisi ısı akmı ile azalır. 2. Sistemin ısı kazanması; Sistemin enerjisi artar.

21 Sadece ısı ile enerji transferi

22 Sadece iş ile enerji transferi " Sistem enerjiyi iş ile transfer eder ama ısı transferi olmaz.

23 Sadece iş ile enerji transferinde iki olasılık vardır; 1.Sistemin iş yapması; Çinko metalinin hidroklorik asit ile tepkimesinden hidrojen gazı meydana gelir. Oluşan gaz eğer pistonlu bir sisteme bağlanırsa pistonu iter. Sistem enerjisini pistonun ifmi ile transfer ezği için;

24 Sadece iş ile enerji transferinde iki olasılık vardır; 2. Sistem üzerinde iş yapılması; Çinko metalinin hidroklorik asit ile tepkimesinden hidrojen gazı meydana gelir. Oluşan gaz eğer pistonlu bir sisteme bağlanırsa pistonu iter. Eğer biz piston iflmeden dışarıdan basınç uygularsak sistem enerji kazanır;

25 Gaz ifmi ile pistonun yapkğı iş P P

26 Gaz ifmi ile pistonun Gaz ifmi ile pistonun yapkğı iş yapkğı iş (sabit bir basınca karşı yapılan iş)

27 AlışKrma (A1)

28 Tersinir ve Tersinmez Süreçler P 1 P 1,V 1 1. Birinci konum P 2. İkinci konum P 2 P 2,V 2 V 1 V 2 V

29 δw = PdV 2 δw = PdV Sabit sıcaklıkta ideal bir gaz için, PV = nrt w = V 2 nrt V dv V 2 w = - nrt dv V = - nrt dv V V 1 w = -nrt ln V 2 V 1 V 1

30 AlışKrma (A2)

31 Enerjinin Korunumu " Sistemin enerjisi ve çevrenin enerjisi toplamı sabizr The first Law of Thermodynamics

32 Enerji ile ilgili birimler F = mxa = kg m s 2 w = Fxd = (kg m m2 2 )xm = kg = J s s 2 1 1cal = 4,184J ya da 1J = cal = 0,2390cal 4,184

33 Entalpi Sabit hacimde sistemin enerji değişimi ısı transferi ile olur Bir çok kimyasal reaksiyon sabit basınçta gerçekleşir Sabit basınç Entalpideki değişiklik sabit basınçtaki kazanılan ya da kaybedilen ısıya eşizr

34 Entalpide iç enerji gibi durum fonksiyonudur; dolayısıyla tepkimenin entalpileri aşağıdaki gibi ifade edilir 1. Endotermik süreç (sistemin çevreden ısı aldığı durum); ΔH > 0 2. Ekzotermik süreç (sistemin çevreye ıs vermesi); ΔH < 0

35 Tepkimelerin Entalpisi H 2 O (k) H 2 O (s) ΔH =6,01kj/mol H 2 O (s) H 2 O (k) ΔH =- 6,01kj/mol 2H 2 O (s) 2H 2 O (k) ΔH =2molx- 6,01kj/mol =- 12,02kj

36 Sabit Basınçlı Kalorimetre Sabit basınçlı kalorimetre sabit hacimli kalorimetreye göre daha basit bir dizayna sahipfr. Çözünme ısısı yada asit baz nötürleşme tepkimelerinde basınç sabizr. Sabit hacimli kalorimetreler (genellikle yanma tepkimeleri için dizayn edilmişfr) 30 atm basınca kadara dayanıklıdır (reaksiyon sabit bir hacimde gerçekleşir).

37 Kalorimetre (ısı değişikliklerinin ölçülmesi) Özgül Isı ve ısı Kapasitesi " Isı kapasitesi (C) bir cismin sıcaklığını arzrmak için gerekli ısı miktarıdır. " Bir cismin özgül ısısı (c) 1 gram cismin sıcaklığını 1 derece ( C) arzrmak için gerekli ısı miktarına denir.

38 The concept of heat capacity is only used when the addifon of heat to or withdrawal of heat from the system produces a temperature change; the concept is not used when a phase change is involved. For example, if the system is a mixture of ice and water at 1 atm pressure and 0 C, then the addifon of heat simply melts some of the ice and no change in temperature occurs. In such a Sabit hacimde ısı kapsitesi C v = δq dt V Sabit basınçta ısı kapsitesi C P = δq dt P case the heat capacity, as defined, would be infinite. Sabit hacimde ısı kapsitesi C v = δq dt V = du dt Sabit basınçta ısı kapsitesi C P = δq dt P V = dh dt P du = C v dt dh = C p dt Normalize edilmis ısı kapasiteleri (özgül ısı: gram olarak normalize edilir) Sabit hacimde molar ısı kapsitesi c v = C v nc n v = C v Sabit basınçta molar ısı kapsitesi Molar ısı kapasitesi özgül ısı c P = C P n nc p = C P

39 Tepkime ısıları nereden kaynaklanıyor? H 2 (g) +F 2 (g) 2HF(g) +564 kj Gaz miktarı tepkime sonucu değişmiyor. Dolayısıyla; ΔH= ΔU, peki ısının kaynağı nedir? İç enerjinin bileşenleri; KineFk enerji ve Potansiyel enerji

40 İç enerjinin bileşenleri; KineFk enerji ve Potansiyel enerji; HF molekülü için her bir enerjiye olan katkıları inceleyelim " Kine9k enerjiye katkı edenler " Molekülün yer değişfrmesi " Molekülün dönmesi Bunlar sıcaklıkla doğru oranklır. Sıcaklık Sabit olduğu için bunların değişmediği düşünülür " Molekülün Ftreşmesi " Elektronları harekef Elektronların hareketleri de tepkime sonucu değişmez

41 İç enerjinin bileşenleri; KineFk enerji ve Potansiyel enerji; HF molekülü için her bir enerjiye olan katkıları inceleyelim Çok küçük Değişiklik çünkü Bağlanan atomlar değişir Atom ve çekirdek değişmeyeceğ i için bunlar da değişmez " Potansiyel enerjiye katkı edenler " Titreşen atomların arasındaki kuvvetler " Çekirdek ve elektron, elektron- elektron arasındaki kuvvetler " Proton ve nötron arasındaki kuvvetler Bağ enerjisinin potansiyel enerjiye çok büyük katkısı vardır " Çekirdek ve bağlardaki elektron çileri arasındaki kuvvetler (E bağ )

42 Bağların kırılması ya da oluşması Bir tepkimeyi girenlerdeki bağlar kırıldığında enerji soğuran, ürünlerdeki bağ oluşumlarında da enerji açığa çıkaran bir süreç olarak düşünebiliriz.

43 1 mol H- H bağları ve 1mol F- F bağları enerjiyi soğurup kırılırlar. 2 mol H- F atomları ise enerjisi açığa çıkarkrlar F- F + H- H İlk Bu tepkimede ısı olarak açığa çıkan enerji miktarı soğurulan enerji miktarından daha fazladır. Bu sebeple bu süreç ekzotermikfr Zayıf bağ Entalpi sistem F- H + F- H Son Isı Kuvvetli bağ

44 Entalpinin mutlak değerlerini bilemeyiz ancak bir referans karşılığında göreceli olarak hesaplayabiliriz Bu değerlere direkt ulaşamıyoruz

45 Entalpi hesaplamaları için referans; STANDART OLUŞMA ENTALPİSİ 1 mol bileşiğin elementlerinden 1 atm basınçta oluşmasındaki ısı değişimidir. Buradaki standart 1 atm dir. Bu tanımda sıcaklık belirflmemesine rağmen 25 C dir. Standard durum Oluşma

46 Entalpideki değişimin bir tepkime için bulunması Bunları bilmemiz gerekiyor

47 Oluşma Entalpilerinin Bulunması " Direkt Yol; Oluşma entalpisini bilmek istediğimiz bileşiği elementlerinden sentezleyip tepkime entalpisini ölçebiliriz C(grafit) + O 2 (g) CO 2 (g) ΔH tepkime =- 393,5kJ/mol 0 0 Referans noktaları

48 Oluşma Entalpilerinin Bulunması, Hess Yasası " Dolaylı Yol; Bir çok bileşiği elementlerinden direkt olarak sentezlemek mümkün değil! " Bu durumda Hess Yasası kullanılır; Girenler ürünlere döndüğünde, entalpideki değişiklik tepkime bir ya da birden fazla basamakta da gerçekleşse aynı kalır. Dolaysıyla üzerinde çalışılan tepkime oluşma entalpisi bilinen tepkimelere bölünür

49 örnek: Oluşma Entalpilerinin Bulunması, Hess Yasası C(grafit) + 2H 2 (g) CH 4 (g) C(grafit) + O 2 (g) CO 2 (g) ΔH tepkime =- 393,5 kj/mol 2H 2 + O 2 (g) 2H 2 O (s) ΔH tepkime =- 571,6 kj/mol CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O (s) ΔH tepkime =- 890,4 kj/mol

50 örnek: Oluşma Entalpilerinin Bulunması, Hess Yasası C(grafit) + 2H 2 (g) CH 4 (g) C(grafit) + O 2 (g) CO 2 (g) ΔH tepkime =- 393,5 kj/mol 2H 2 + O 2 (g) 2H 2 O (s) ΔH tepkime =- 571,6 kj/mol CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O (s) ΔH tepkime =- 890,4 kj/mol CO 2 (g) + 2H 2 O (s) CH 4 (g) + 2O 2 (g) ΔH tepkime =+890,4 kj/mol C(grafit) + 2H 2 (g) Sadece mavileri topla CH 4 (g) ΔH tepkime =- 74,7 kj/mol

51 AlışKrma (A3)

52 İzotermal Süreç PxV=SABİT P 1 T 2 > T 1 P T 2 P 2 T 1 1. Birinci konum 2. İkinci konum V 1 V 2 V

53 İzotermal Süreç Sabit Sıcaklık! du = c v dt dt = 0 Then, du = 0 Benzer bir sekilde, dh = c dt p dt = 0 Then, dh = 0

54 İzotermal Süreç ISI TRANSFERİNE İZİN VERİLİYOR, dolayısıyla sıcaklık sabit kalıyor!!! du = δq +δw du = 0 = δq +δw Then, q = -w HATIRLA δw = PdV 2 δw = PdV sabit sıcaklıkta ideal bir gaz için PV = nrt w = V 2 nrt V dv w = - nrt dv V = - nrt dv V V 1 V 2 V 1 w = -nrt ln V 2 V 1

55 AdiyabaFk Süreç ISI TRANSFERİNE İZİN VERİLMİYOR!!!! Dolayısıyla sıcaklık değişiyor!!! δq = 0 du = δq +δw du = δw For one mole of ideal gas c v dt = RT dv V then, c v T 2 V dt c v = 2 R dv T V T 1 V 1 c v ln T 2 = Rln V 2 T 1 T 1 V 2 V 1 c v ln T 2 = Rln V 1 dt T = R dv V

56 AdiyabaFk Süreç c v ln T 2 = Rln V 1 T 2 T 1 T 1 c v = V 1 V 2 R V 2 then T 2 T 1 = V 1 V 2 R cv ideal gaz için c p - c v = R c p - c v c v = c p c v 1 = R c v c p c v = γ then R c v = γ 1 T 2 T 1 P 2 V 2 P 1 V 1 = V 1 V 2 = V 1 V 2 R cv T 2 T 1 γ 1, P 2 V 2 γ = P 1 V 1 γ = sabit P 2 P 1 = V 1 V 2 = V 1 V 2 γ γ 1 ideal gaz yasasından T 2 T 1 = P 2V 2 P 1 V 1

57 Süreçlerin KarşılaşKrılması İzotermal Süreç P 2 V 2 = P 1 V 1 = Sabit AdiyabaFk Süreç P 2 V 2 γ = P 1 V 1 γ = Sabit

58 İdeal bir gazın 20 atm den 4 atm ye izotermal ve adiyabafk olarak genleşme süreci P 1 =20 atm P 2 =4 atm

59 Carnot Cycle SICAK REZERVUAR T 2 q 2 MOTOR SOĞUK REZERVUAR T 1 q 1 T 2 >T 1 q 2 >q 1 İŞ,w

60 Carnot Cycle P 1,V 1 T 2 > T 1 Basamak 4 P 2,V 2 P 4,V 4 T 2 P 3,V 3 T 1

61 Carnot Cycle SÜREÇ q w ΔU BASAMAK 1 Izotermal genleşme ΔU=q+w=0 q 2 =- w w 1 =- RT 2 ln(v 2 /V 1 ) 0 BASAMAK 2 AdiyabaFk genleşme 0 ΔU=q+w ΔU=w ΔU=w 2 w 2 = T 1 c v dt T 2 BASAMAK 3 Izotermal sıkışma ΔU=q+w=0 q 1 =- w w 3 =- RT 1 ln(v 4 /V 3 ) 0 BASAMAK 4 adiyabafk sıkışma 0 ΔU=q+w ΔU=w 4 ΔU=w 4 w 4 = T 2 T 1 c v dt Total DÖNGÜ q 2 +q 1 w 1 +w 2 +w 3 +w 4 0

62 Carnot Cycle Gaz üzerinde yapılan toplam is, w = w 1 + w 2 + w 3 + w 4 w = RT 2 ln V T c v dt RT 1 ln V 4 + V 1 izotermler paralel oldukları için; V 1 V 4 = V 2 V 3 T 2 V 3 T 2 T 1 c v dt V dolayısıyla 3 = V 2 V 4 V 1 w = RT 2 ln V 2 + c v (T 1 T 2 ) + RT 1 ln V 2 V 1 w = R( T 2 T 1 )ln V 2 V 1 V 1 + c v (T 2 T 1 )

63 Carnot Cycle VERİM Verim = w q 2 q 2 = RT 2 ln V 2 V 1 w = R( T 2 T 1 )ln V 2 Verim = w q 2 = V 1 R( T 2 T 1 )ln V 2 V 1 RT 2 ln V 2 V 1 = T 2 T 1 ( ) T 2

64 Kendiliğinden olan değişimler! Kendiliğinden olan değişimler için dışarıdan sisteme verilen bir enerjiye gerek yoktur. Mesela, suyun 1 atm ve -5 ºC de donması kendiliğinden olan bir değişimdir, yada kimyasal bir tepkimenin dengeye doğru gitmese de kendiliğinden olan bir değişimdir.

65 Termodinamiğin 1. Yasasına göre; ΔU = q + w ΔU evren = ΔU sistem + ΔU cevre ( q + w) = ( q + w) sistem cevre ΔU sistem = ΔU cevre ΔU sistem + ΔU cevre = 0 = ΔU evren

66 Termodinamiğin 1. Yasasına göre; Masada duran kitap yere düştüğünde potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüştüğünü biliyoruz. Peki zemine düşen kitap zeminden aldığı ısıyı kinetik enerjiye çevirip neden kendiliğinden masa üzerine çıkmıyor? Benzer bir şekilde elinizdeki bir buz parçası elinizdeki ısının buza transferi ile eriyor. Ancak elinizdeki bu sıvı su ısısını dışarı verip tekrar neden donmuyor?

67 Zemindeki kitabın masaya çıkması elinizdeki sıvı suyun tekrar donması termodinamiğin 1. yasasına ters değil ve bu yasayı bozmuyor. NEDEN BU DEĞİŞİMLER KENDİLİĞİNDEN OLUYOR?

68 Entalpi değişiminin kendiliğinden olma sürecine etkisi nedir? Acaba ekzotermik tepkimeler kendiliğinden mi olur? CH 4 (g) + 2O 2 (g) 2Fe (k) + 1,5O 2 (g) H 2 O (s) H 2 O (k) CO 2 (g) + 2H 2 O (g) ΔH 0 = kj Fe 2 O 3 (k) ΔH 0 = kj H 2 O (k) ΔH 0 = - 6,02 kj H 2 O (s) ΔH 0 = +6,02 kj Bunların hepsi kendiliğinden gerçekleşen olaylar, entalpi değişimleri ise - yada + Dolayısıyla, sürecin ekzotermik yada endotermik olması kendiliğinden olması ile ilgili değildir

69 Kendiliğinden olan değişimler için aşağıdaki faktör önemlidir Hareket Alanındaki Serbestlik AZ Hareket Alanındaki Serbestlik ÇOK KaK Sıvı Gaz Hareket enerjisi bir bölgede sınırlı Hareket enerjisi dağınık

70 Mikrodurum Enerjinin sayılabilen seviyeleri vardır. Bu enerji seviyelerinin içerisinde bir molekülün enerjisini daha önce tanımlamışkk. İşte oradaki her bir enerjiyi (enerji seviyelerindeki) mikrodurum enerjisi olarak düşünebiliriz.

71 Mikrodurum ve Hareket Alanındaki Serbestlik

72 Banknot 10 TL Bozukpara 1x10YTL 2x5YTL 10x1YTL 10x1YTL 20x500kuruş Mikrodurum 1 Mikrodurum 2 Mikrodurum 3 Mikrodurum 4 Mikrodurum 5 Sistemin mikrodurum sayısı az ise entropiside düşüktür. Sistemin çok sayıda mikrodurumu varsa entropiside büuüktür

73 Kendiliğinden olan değişimler için aşağıdaki faktör önemlidir Hareket Alanındaki Serbestlik AZ Hareket Alanındaki Serbestlik ÇOK KaK Sıvı Gaz Hareket enerjisi bir bölgede sınırlı Hareket enerjisi dağınık Mikrodurum sayısı AZ Mikrodurum sayısı FAZLA

74 Boltzman S = k lnw S : Entropi(J /K) k : Boltzman Sabiti(k = R /N A =1,38x10 23 J /K) W : MIKRODURUMLARIN SAYISI

75 Mikrodurum sayısı AZ Düşük Entropi Mikrodurum sayısı FAZLA Yüksek Entropi KaK Sıvı Gaz Kristal KaK + Sıvı Kristal KaK ÇözelF içerisindeki iyonlar ÇözelF içerisindeki iyonlar + Gaz Fiziksel yada kimyasal bir değişiklik sonucu bu Mikrodurumların sayısı artıyorsa, sistemin enerjisini bölüşecek mikrodurumların sayısı da artar. Dolayısıyla Entropi de artar.

76 Entropi, Entalpi ve İçenerji gibi durum fonksiyonudur

77 Entropideki değişim sistemin ısı değişikliğinden bulunabilir H 2 O(k) H 2 O(s) ΔH 0 = +6,02 kj

78 İlk Sorumuza geri dönelim Neden bazı süreçler kendiliğinden oluyor?

79 CEVAP,Termodinamiğin 2. Yasası Bütün kendiliğinden olan süreçler evrenin (sistem + çevre) entropisini arttırır.

80 Termodinamiğin 3. Yasası Mükemmel bir kristalin 0 K de entropisi sıxrdır. Böyle mükemmel bir yapıda 0 Kelvinde sistem minumum enerjiye sahipfr ve bu enerji sistem içerisinde sadece bir şekilde dağıklabilir.

81 Standard molar entropi, S 0 Gazlar için 1 atm çözelfler için 1M Tepkimelerde entropi değişimlerinin hesaplanması C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O(s)

82 Kendiliğinden olan süreçlerde evrenin entropisi artar Kendiliğinden olan süreçler

83 Gibbs Serbest Enerjisi ΔG sistem = TΔS evren ΔS evren = ΔS cevre + ΔS sistem ΔS evren = ΔH sistem T + ΔS sistem ΔG = TΔS = T ΔH sistem sistem evren T + ΔS sistem ΔG sistem = ΔH sistem TΔS sistem

84 ΔG sistem = ΔH sistem TΔS sistem ΔH sistem ΔS sistem Ürünlere doğru Negatif (ekzotermik) Negatif (ekzotermik) Pozitif (endotermik) Pozitif (endotermik) Pozitif Negatif Pozitif Negatif Evet Evet düşük sıcaklıkta Hayır yüksek sıcaklıkta Hayır düşük sıcaklıkta Evet yüksek sıcaklıkta Hayır

85 Gibbs Serbest Enerjisi ve Denge GİRENLER ÜRÜNLER Ürünlere doğru kendiliğinden Denge Tepkime kendiliğinden olmaz

86 Alıştırmalar A 4 -A 7

87 Genel Kimya 101 Doç.Dr.Mehmet Sankır e- mail: Ofis,325 TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

88 Kimyasal Denge Denge halinde girenlerin ve ürünlerin konsantrasyonu değişmez. Birçok tepkime tam olarak girenlerin tam olarak ürünlere dönmesi ile sonuçlanmaz

89 Kimyasal Denge Ürünlerin girenlerden oluşma hızı, girenlerin ürünlerden oluşma hızına eşittir N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) Dengede hız iler = hız geri Dengede moleküler seviyede tepkimelere devam ediyor- tepkimeler durmuş değil- Ancak ileri tepkime ile oluşan kimyasal geri tepkime ile bozunuyor(terside doğru)

90 Denge Sabi9

91 Denge Sabiti, K sabit sıcaklıkta tepkimenin ürünlere ne kadar döndüğünün göstergesidir

92 3 Durum 1. K değeri çok küçükse N 2 (g) + O 2 (g) 2NO(g) K= 1x K Dengede, çok az NO üreflir, tepkime yok diyebiliriz 2. K değeri çok büyükse 2CO(g)+O 2 (g) 2CO 2 (g) K= 2,2x K Dengede, çok az girenler kalır, tepkime neredeyse tamamlanmış 3. K değeri orta büyüklükte ise 2BrCl (g) Br 2 (g)+cl 2 (g) K= K Dengede, giren ve ürünlerden çok miktarda var

93 Tepkime Katsayısı,Q Bir tepkimede herhangi bir zamanda tepkimeye giren ve ürünlerin oranına tepkime katsayısı denir

94 O O N N O O N O O renksiz kahverengi

95 Konsantrasyon Q K Q=K NO 2 N 2 O 4 Zaman

96 Q c : KONSANTRASYONA BAGLI KATSAYI Q p : BASINCA BAGLI KATSAYI Q c1 xq c2 = Q c K c1 xk c2 = K c Q p (ileri) = K p (geri) = 1 Q p (geri) 1 K p (ileri)

97 K c ve K p PV = nrt P = n V RT P RT = n V = M 2NO(g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) 2 Q p = P NO 2 P 2 NO P O2 Q c = [NO 2] 2 [NO] 2 [O 2 ] = Q p = Q c x(rt) Δn K p = K c x(rt) Δn 2 P NO2 (RT) 2 2 P NO P O2 (RT) 2 RT 2 = P NO 2 xrt = Q 2 P p xrt O2 P NO

98 Q ve K arasındaki İlişki 1. Q<K girenler ürünler 2. Q=K girenler ürünler 3. Q>K girenler ürünler

99 Orjinal denge Q=K Q K Yeni denge Q=K Konsantrasyon PCl 5 PCl 3 Cl 2 Eklenen Cl 2 Zaman

100 ALIŞTIRMALAR B 1 -B 2

101 N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) O O N N N O O O O renksiz kahverengi

102 ΔG 0 = RT lnk w rev = V 2 PdV = V 1 ΔU = q + w ΔS = 1 T dq rev V 2 V 1 nrt V dv = nrt dv V 2 = nrt ln V 2 V 1 V Sicaklik sabit dolayisiyla(izotermal);δu = 0 q = w = q rev T = w rev T = nrln V 2 = nrln P 1 Sicaklik sabit dolayisiyla(izotermal);δu = 0 q = w ve ΔH = 0 ΔG = ΔH TΔS V 1 P 2 V 1 ΔG = TΔS = q rev = w rev ΔG = nrt ln P 1 = nrt ln P 2 P 2 P 1

103 ΔG = nrt ln P 1 = nrt ln P 2 P 2 0 STANDARD DURUM,P NO2 P 1 =1atm P 1 ΔG 0 STANDARD OLMAYAN DURUM,P NO2 ΔG(NO 2 ) = ΔG 0 + RT ln P NO 2 0 P NO2 benzer bir sekilde, ΔG(N 2 O 4 ) = ΔG 0 + RT ln P N 2 O 4 0 P N2 O 4 P 2 ΔG

104 N2O4(g) 2NO(g) ΔG = 2ΔG(NO2) ΔG(N2O4) ΔG = 2ΔG 0 NO2 ΔG = 2ΔG 0 NO2 ΔG = ΔG 0 tepkime ΔG = ΔG 0 tepkime + 2RT lnp NO2 + 2RT lnp 0 ΔGN2 0 NO 2 O 4 ΔG 0 N2 O 4 P NO2 P + RT ln + RT lnq + 2RT lnpno 2 + 2RT lnp NO NO 2 P N2 O 4 P 0 N 2 O 4 RT ln P N2 O 4 RT lnp 0 N 2 O RT ln P N 2 O 4 RT lnp N 2 O 4 P NO2 P Q = 0 NO 2 PN 2 O 4 P 0 N 2 O 4 2 Hatırla : P 0 NO2 =1atm P 0 N 2 O 4 =1atm

105 aa + bb + cc +... dd + ee + ff +... ΔG = ΔG 0 tepkime + RT lnq Q = P D d P E e PF f P A a PB b PC c ΔG = ΔG 0 tepkime + RT lnq dengede, ΔG = 0 ve Q = K ΔG 0 tepkime 0 K = e ΔG RT = RT lnk

106 van`t Hoff eşitligi

107 ΔG 0 = ΔH 0 TΔS 0 = RT lnk lnk = ΔH 0 RT + ΔS 0 R d lnk d(1/t) = ΔH 0 R van`t Hoff eşitligi lnk ya karsin 1/T grafigi bir dogrudur ve bu dogrunun egimi ΔH 0 R dir. y eksenini kestigi nokta ise ΔS 0 R dir. Ln K 1/T

108 van`t Hoff dlnk d(1/t) = ΔH 0 R T dlnk 2 = ΔH 0 T 2 T 1 d(1/t) T 1 R ln K 2 = ΔH 0 K R T T 2 1 eşitligi

109 Ekzotermik bir süreç için sıcaklığı arzrırsak, yani T 2 >T 1 ln K 2 = K 1 R ( ) ln K 2 K 1 < 0 ln K 2 K 1 < ln1 ln K 2 = ΔH 0 K R T T 2 1 K 2 K 1 <1 K 2 < K 1 DAHA AZ ÜRÜN ÜRETİLİR

110 Ekzotermik bir süreç için sıcaklığı azalkrsak, yani T 2 <T 1 ln K 2 = ΔH 0 K R T T 2 1 ln K 2 K 1 = R + ( ) ln K 2 K 1 > 0 K 2 > K 1 DAHA FAZLA ÜRÜN ÜRETİLİR