BÖLÜM 19 KİMYASAL TERMODİNAMİK ENTROPİ VE SERBEST ENERJİ Öğrenme Hedefleri ve Anahtar Kavramlar: Kendiliğinden, tersinir, tersinmez ve izotermal

Benzer belgeler
ΔH bir sistem ile çevresi arasındaki ısı transferiyle alakalı. Bir reaksiyonun ΔH ını hesaplayabiliyoruz. Hess yasası,

Kendiliğinden Oluşan Olaylar ISTEMLI DEĞIŞIM: ENTROPI VE SERBEST ENERJI. Entropi. Şelale her zaman aşağı akar, yukarı aktığı görülmemiştir.

3.BÖLÜM: TERMODİNAMİĞİN I. YASASI

hesaplama (Ders #16 dan devam) II. İstemli değişim ve serbest enerji III. Entropi IV. Oluşum serbest enerjisi

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

7. Bölüm: Termokimya

Bölüm 7 ENTROPİ. Bölüm 7: Entropi

TERMODİNAMİĞİN TEMEL EŞİTLİKLERİ

Enerji iş yapabilme kapasitesidir. Kimyacı işi bir süreçten kaynaklanan enerji deyişimi olarak tanımlar.

Kimyasal Termodinamik

Sıcaklık (Temperature):

Aşağıda verilen özet bilginin ayrıntısını, ders. kitabı olarak önerilen, Erdik ve Sarıkaya nın. Temel Üniversitesi Kimyası Kitabı ndan

Konular: I. Değerlik bağı teorisi ve melezleģme (Ders #15 den devam) Karmaşık moleküllerde melezleşme tayini

Bölüm 3. Maddenin Isıl Özellikleri ve TERMODİNAMİK. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

Kimya Mühendisliği Bölümü, 2014/2015 Öğretim Yılı, Bahar Yarıyılı 0102-Genel Kimya-II Dersi, Dönem Sonu Sınavı

KİMYASAL REAKSİYONLAR VE ENERJİ

TERMODİNAMİĞİN ÜÇÜNCÜ YASASI

Üçüncü Tek Saatlik Sınav 5.111

ENERJİ DENKLİKLERİ 1

4.BÖLÜM: ENTROPİ 1.İSTEMLİ VE İSTEMSİZ DEĞİŞMELER

E = U + KE + KP = (kj) U = iç enerji, KE = kinetik enerji, KP = potansiyel enerji, m = kütle, V = hız, g = yerçekimi ivmesi, z = yükseklik

FİZİKSEL KİMYA I FİNAL SINAVI

Termal Genleşme İdeal Gazlar Isı Termodinamiğin 1. Yasası Entropi ve Termodinamiğin 2. Yasası

Kimyasal Termodinamik

TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI

ENTROPİ. Clasius eşitsizliği. Entropinin Tanımı

FİZİKSEL METALURJİ BÖLÜM 2

Bölüm 7 ENTROPİ. Bölüm 7: Entropi

SINAV SÜRESİ 90 DAKİKADIR. BAŞARILAR

KİMYASAL DENGE. AMAÇ Bu deneyin amacı öğrencilerin reaksiyon denge sabitini,k, deneysel olarak bulmalarıdır.

5.111 Ders 34 Kinetik Konular: Sıcaklığın Etkisi, Çarpışma Teorisi, Aktifleşmiş Kompleks Teorisi. Bölüm

Bölüm 7 ENTROPİ. Prof. Dr. Hakan F. ÖZTOP

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

10. Sınıf Kimya Konuları KİMYANIN TEMEL KANUNLARI VE TEPKİME TÜRLERİ Kimyanın Temel Kanunları Kütlenin korunumu, sabit oranlar ve katlı oranlar

4. Isı ve sıcaklık ile ilgili aşağıdaki yargılardan hangisi. yanlıştır? I. Sıcaklığı sabit olan sisteme izotermal sistem denir.

DENİZ HARP OKULU TEMEL BİLİMLER BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ

TermoKimya (Thermochemistry)

Fizik 203. Ders 6 Kütle Çekimi-Isı, Sıcaklık ve Termodinamiğe Giriş Ali Övgün

Bölüm 15 Kimyasal Denge. Denge Kavramı

KİMYA II DERS NOTLARI

Termokimya. Fiziksel ve kimyasal dönüşümlerdeki ısı alış-verişini inceler.

KİMYASAL TEPKİMELER VE ENERJİ

Termodinamik Termodinamik Süreçlerde İŞ ve ISI

ÖLÇME, DEĞERLENDİRME VE SINAV HİZMETLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ

GENEL KİMYA. 7. Konu: Kimyasal reaksiyonlar, Kimyasal eşitlikler, Kimyasal tepkime türleri, Kimyasal Hesaplamalar

Burada a, b, c ve d katsayılar olup genelde birer tamsayıdır. Benzer şekilde 25 o C de hidrojen ve oksijen gazlarından suyun oluşumu; H 2 O (s)

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi Fe 2+ oluşumunun hızı =

3. KİMYASAL DENGE, (TERSİNİR REAKSİYONLAR)

Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ. Bölüm 4: Kapalı Sistemlerin Enerji Analizi

Sunum ve Sistematik 1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ

Katlı oranlar kanunu. 2H 2 + O 2 H 2 O Sabit Oran ( 4 g 32 g 36 g. 2 g 16 g 18 g. 1 g 8 g 9 g. 8 g 64 g 72 g. N 2 + 3H 2 2NH 3 Sabit Oran (

SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ

FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK VE TERMODİNAMİK. Genel Termodinamik Etkileşme II. Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, FizikBölümü 2017

SINAV SÜRESİ 80 DAKİKADIR. BAŞARILAR

Kristalizasyon Kinetiği

TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI

İnstagram:kimyaci_glcn_hoca KİMYASAL REAKSİYONLARDA ENERJİ. kimyaci_glcn_hoca

Bir maddenin başka bir madde içerisinde homojen olarak dağılmasına ÇÖZÜNME denir. Çözelti=Çözücü+Çözünen

1Kalori=1 gram suyun sıcaklığını +4 0 C den +5 0 C ye çıkarmak için gerekli enerjidir. 1cal = 4,18 joule

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

MADDENİN AYIRT EDİCİ ÖZELLİKLERİ. Nazife ALTIN Bayburt Üniversitesi, Eğitim Fakültesi

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

GAZLAR GAZ KARIŞIMLARI

BÖLÜM 14 Kimyasal Kinetik

6- TERMODİNAMİK FİZİKSEL KİMYA 6- TERMODİNAMİK

CEMAL ŞENOL ÖMER ÇOPUR FIRAT AYDOĞAN

Chemistry, The Central Science, 10th edition Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten. Kimyasal Bağlar.

ÇÖZELTİLERİN KOLİGATİF ÖZELLİKLERİ

KİMYASAL REAKSİYONLARDA DENGE

Redoks Kimyasını Gözden Geçirme

Genel Kimya Prensipleri ve Modern Uygulamaları Petrucci Harwood Herring 8. Baskı. Bölüm 4: Kimyasal Tepkimeler

GENEL KİMYA 101 ÖDEV 3

KİMYASAL TEPKİMELERDE HIZ

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

KİMYASAL TERMODİNAMİK VE BİYOENERJETİKLER

Buna göre bir işlemde transfer edilen q ısısı, sistemde A dan B ye giderken yapılan adyabatik iş ile nonadyabatik bir iş arasındaki farka eşittir.

5) Çözünürlük(Xg/100gsu)

GENEL KİMYA. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM

Kimyanın Temel Kanunları

Fiziksel özellikleri her yerde aynı olan (homojen) karışımlara çözelti denir. Bir çözeltiyi oluşturan her bir maddeye çözeltinin bileşenleri denir.

Termodinamik İdeal Gazlar Isı ve Termodinamiğin 1. Yasası

TERMODİNAMİK SORULARI VE CEVAPLAR - OĞUZ OKAY

ORTAÖĞRETİM 9. SINIF KİMYA 3. ÜNİTE: KİMYASAL DEĞİŞİMLER

T.C. Ölçme, Seçme ve Yerleştirme Merkezi

ÇÖZÜNME ve ÇÖZÜNÜRLÜK

Termokimya ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Yrd.Doç.Dr. Hayrettin TÜRK

JEOKİMYASAL TERMODİNAMİK Kimyasal Denge

DERSĐN SORUMLUSU : PROF.DR ĐNCĐ MORGĐL

Maddeye dışarıdan ısı verilir yada alınırsa maddenin sıcaklığı değişir. Dışarıdan ısı alan maddenin Kinetik Enerjisi dolayısıyla taneciklerinin

BÖLÜM 1: TEMEL KAVRAMLAR

Bölüm 2. Sıcaklık ve Gazların Kinetik Teorisi. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK. Mikrokopik Teori ve Makroskopik Ölçümler I. Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, Fizik Bölümü 2017

KİMYASAL BİLEŞİKLER İÇERİK

GENEL KİMYA. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM

AKTİVİTE VE KİMYASAL DENGE

KİMYA VE ENERJİ SİSTEM VE ÇEVRE

FARMASÖTİK TEKNOLOJİ I «ÇÖZELTİLER»

4. Adveksiyon ve Difüzyon Süreçleri

T.C. Ölçme, Seçme ve Yerleştirme Merkezi

Transkript:

BÖLÜM 19 KİMYASAL TERMODİNAMİK ENTROPİ VE SERBEST ENERJİ Öğrenme Hedefleri ve Anahtar Kavramlar: Kendiliğinden, tersinir, tersinmez ve izotermal tepkime kavramlarının anlaşılması Termodinamiğin II. yasasının açıklanması Tepkimeye girebilen bir molekülün moleküler hareketlerinin tanımlanması Bir sistem entropisinin elde eldilebilir madde miktarına nasıl bağlı olduğunun açıklanması Fiziksel ve kimyasal tepkimeler için S işaretinin tahmin edilebilmesi Termodinamiğin III. yasasının açıklanması Bir sistemin standart molar entropisinden standart entropi değişimini hesaplanması İzotermal tepkimeleri çevreleyen entropi değişimini hesaplanması Sıcaklığı verilen entalpi değişimi ve entropi değişiminin Gibbs serbest enerjisinin hesaplanması Reaksiyonların kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmediğini tahmin etmek için serbest enerji değişiminin kullanılması Oluşumun standart serbest enerjisi kullanılarak standart serbest enerji değişiminin hesaplanması Kendiliğinden verilen H ve S üzerinden sıcaklık etkisinin tahmin edilmesi Standart olmayan koşullar altında G hesaplanması G ve denge sabiti arasında bağlantı kurulması 1

ÇÖZELTİLERİN ENERJİSİ Bir endotermik tepkime entalpideki değişiminden dolayı tercih edilmemektedir, yine de meydana gelmektedir. Neden? Sistem düzensizliğine de (Entropi,S) bakılmalıdır. 2

Termodinamiğin 0. Yasası Eğer A ile B ısı dengesinde ise, ve B ile C ısı dengesinde ise, bu durumda C ile A ısı dengesindedir. Termodinamiğin 1. Yasası Tüm sistemin enerjisi korunur. U = q + w q=sistem tarafından absorbe edilen ısı w=sistem üzerinde yapılan iş Termodinamiğin 2. Yasası Kendiliğinden olan tepkimede, tüm sistemin entropisi artar. S evren = S sistem + S çevre > 0 (kendiliğinden olan) Termodinamiğin 3. Yasası Mutlak sıfırda saf bir kristal maddenin entropisi sıfırdır: S(0 K)=0 İnceleme Bölüm 5 Enerji, Entalpi, Termodinamiğin 1. Yasası Termodinamik:Isı ve iş bilimi Termokimya: Kimyasal reaksiyonlar ve enerji değişimleri arasındaki Ilişki Enerji(E): Yapılan iş ya da ısı transferinin kapasitesi İş(w): Zıt bir kuvvete karşı yapılan enerji Isı(q): Atomların ve moleküllerin hareketlerinden oluşur. (titreşim ve rotasyonu kapsar.) 3

+q, sistem tarafından emilen ısı (endotermik) -q, ısı sistemi ile gelişti (egzotermik) ÇEVRE E = q + w +w, çalışma sistemi üzerine yapılan -w, Sistem tarafından yapılan iş TERMODİNAMİĞİN 1. YASASI Enerjinin korunum yasası Enerji vardan yok yoktan var olmaz. İç Enerji= ısı + iş E = q + w 4

ENTALPİ (H) Sabit basınçta, bir maddenin ısı içeriği Durum fonksiyonu Yaygın özelliği Tersinir Entalpi değişimi (H), sabit basınç altında bir sistem tarafından kazanılan ya da kaybedilen ısı olarak tanımlanmaktadır; bu girenlerin ve ürünlerin özdeşliğine bağlı olmaktadır. DH = qp STANDART ENTALPİ DEĞERİ Çoğu H değerleri, H ile işaretlidir. Standart şartlar altında ölçülüdür. P= 1atm T= genellikle 298.15 K (25 0 C) P = 1 atm H f o = standart oluşum entalpisi molar (Ek C) H o H o rxn = H H o (ürün) o (products) rxn - f o - H f (reaktifler) 5

KENDİLİĞİNDEN REAKSİYONLAR Dış müdahale olmadan oluşan reaksiyonlar Kendiliğinden reaksiyonlar genellikle ekzotermiktir. Termit reaksiyonu Fe 2 O 3 (s) + 2 Al(s) 2 Fe(s) + Al 2 O 3 (s) H rxn = -848 kj Fakat birçok reaksiyon ve tepkime H = 0 olsa bile endotermiktir. 6

Kendiliğinden Tepkimeler Herhangi bir dış müdahale olmadan üretilebilirler Kanal içindeki B gazı kendiliğinden A kanalı içinde yayılacak Fakat önce iki kanaldaki gaz keniliğinden B kanalına dönmeyecektir. 7

DS = S final S initial Hangisi pozitif bir S değerine sahiptir? Kendiliğinden Tepkimeler Tepkimede tek yönlü kendiliğinden tersinir yönlü kendiliğinden olmayandır. 8

Kendiliğinden Tepkimeler Bir sıcaklıkta gerçekleşen kendiliğinden tekime başka sıcaklıklarda kendiliğinden olmayabilir. 0 C üstünde bu eriyen buz için kendiliğinden. 0 C altında kendiliğinden tersinir tepkime. Tersinir Tepkime Tersinir bir süreçte system öyle bir değişir ki system ve çevre kendi orjınal durumlarına kesin ve geri dödürebilir. 9

Tersinmez Tepkime Tersinir tepkime system değişimi tarafından tamamlanmamış olamaz. Kendiliğinden süreçler tersinmez. Entropi Sabit ısıda olan bir işlem için entropideki değişim eğer kesin sıcaklıkta olan süreç dönüştürülmesine transfer edebilebilir ısıya eşittir. S sys = q rev T S surr = -q sys -DH sys T = T Entropi ve entalpi gibi sabit fonksiyonludur ve DS = S final S initial Her kendiliğinden süreç için entropisi artar ( S univ >0) 10

Termodinamiğin 2. Yasası Tersinir süreçler için: S evrensel = S sistem + S çevre = 0 Tersinmez süreçler için: S evrensel = S sistem + S çevre > 0 Moleküler aralıkta entropi Moleküller birçok tipte hareket sergiler : Öteleme:Tüm molekülün bir yerden başka bir yere hareketi. Titreşim:Moleküldeki atomların periyodik hareketi. Rotasyon:Eksen ya da o bağlardaki molekülün dolaşma hareketi. 11

Entropinin İstatiksel Davranışı Açık musluk Iş yok (w = 0) Isı yok (q = 0) Tersinme düşünülemez Entropi: Madde dağılımı # parçacıklar A olasılıkların hepsi 2 1 / 4 = 0.25 3 1 / 8 = 0.125 4 1 / 16 = 0.0625 10 1 / 1024 = 0.0009765625 N = 6.022 10 23 2 -N 0 12

Entropi: Enerji dağılımı Anahtar katlı her biri microstate (mikro durum) olarak adlandırılan çok farklı enerji hallei üzerindeki yayılımdır. (Bu yayılımına benzer) W = Bir sistemin mikro-sayısı S = k ln W k = 1.38 10-23 J/K (Boltzmann sabiti) Moleküler aralıkta entropi 1. Bir süreç için entropideki değişim S = k lnw son k lnw ilk S = k ln W son W son 2. Entropi sistemdeki madde sayısı ile artar 13

Entropi ve madde S = k ln W Genelde sistemde mevcut olan madde sayısı ile Hacimde artış, Sıcaklıktaki artış, veya molekül sayısındaki artış ile artar çünkü bu değişmelerin hepsi sistemdeki moleküllerin enerjilerine muhtemel pozisyonlarını arttırır. birlikte; Çözeltirler Genellikle çözünen çözücü içinde çözünmezse entropi artar. 14

Entropi, S Genelde, S (katı) < S (sıvı) < S (gaz) S o (J/K mol) H 2 O (liq) 69.91 H 2 O (gas) 188.8 S (küçük molekül) < S (büyük molekül) S (basit molekül ) < S (complex molekül) S yükseltilmiş sıcaklıkta olarak artar. Entropi değişimi Genelde entropi artış hali ; Gaz formda katı ve sıvı forma Sıvı yada çözelti halden katı hale Gaz molekülleri miktarı artarken Mol miktarı artarken 15

Termodinamiğin 3. Yasası Saf kristal maddenin mutlak sıfırı sıfırdır. S(0 K) = 0 S = k ln W Standart Entropiler Standart durumda maddenin molar entropi değeri vardır. Artan molar kütlesiyle standart entropi artmaya yönelir. See Appendix C. 16

Standart Entropiler Büyük ve daha kompleks moleküller daha büyük entropiye sahiptir. Entropi denklemi Boltzmann denklemi: S = k ln W k = 1.38 10-23 J/K ΔS = q rev / T ΔS = Σ ns Σ ms sys (products) (reactants) ΔS = Σ S + Σ S univ sys surr S universe = S sys + S surr > 0 (for a spontaneous reaction) 17

Sistemin Entropi Değişimi S evren = S sistem + çevre q sistem Öyle ki S çevre = T Ve, q sistem = H sistem H sistem Bu olur: T S evren = S sistem + Her iki tarafı çarparak T, alıyoruz. T S evren = H sistem T S sistem Gibbs serbest enerji T S evren serbest enerji olarak tanımlanır, G. S evren pozitifken, G negatiftir. Öyle ki G negatifken reaksiyon kendiliğindendir. G = H T S 18

Gibbs serbest enerji 3. Eğer G negatifse ilk reaksiyon kendiliğindend ir. 4. Eğer G 0 ise, system dengededir. 5. Eğer G pozitifse reaksiyon kendiliğinden dir ve tersinir yönlüdür. Standart Serbest Enerji Değişimi Oluşum standart entalpisi ve standart serbest enerjisi benzerdir. G f. G = n G f (products) m G f(reactants) Stokimetrik katsayı m ve n dir. 19

Serbest Enerji Değişimi Sıcaklık 25 C, den farklı G = H T S G sıcaklıkla nasıl değişir? Serbest enerji denkleminin iki kısmı vardır: H T S entalpi ifadesi entropi ifadesi Sıcaklık entropi ifadesinden gelen serbest enerjiye bağlıdır Serbest Enerji ve Sıcaklık Gibbs serbest enerji değişimi : sistem için toplam enerji değişimi -Düzensiz sistemden kaybedilen enerji Eğer G o negatifse, reaksiyon kendiliğindendir. (ve ürünler avantajınadır.) Eğer G o pozitifse, reaksiyon kendiliğinden değil (ve girenler avantajınadır.). 20

ΔG Hesaplama a) H o ve S o belirlenir ve Gibbs sabiti kullanılır. G o = H o - T S o b) Serbest enerji oluşum tablo değerleri kullanılır. G fo. G o (products) - G o rxn = G o f (ürünler) - G o f (reaktifler) f (reactants) Örneğin:Gibbs serbest enerji Devam eden bir yanma reaksiyonu için G rxn belirlenir. CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) H f (kj/mol) -74.87 0-393.509-285.83 S (J/mol K) 186.26 205.07 213.74 69.95 G f (kj/mol) -50.8 0-394.359-237.15 H rxn = -890.30 kj ısı veren S rxn = -242.76 J/K daha düzenli G rxn = H o - T S o = -817.92 kj kendiliğinden rxn rxn G rxn = -817.92 kj kendiliğinden 21

Denge G = 0, iken A + B C + D tersinmez (Temel Genel Kimya I) A + C + D tersinir (çoğu reaksiyon) Ilk reaksiyon = son reaksiyon Tüm ürünleri kendiliğinden yada girenler kendiliğinden oluşturmak içinenerji harcanmaz. Örneğin : Erime noktası kaynama noktası A (s) A (l) A (l) A (g) Örneğin: Suyun erime noktasını bulun Verilen buz veya H 2 O (s) H f = -292.70 kj/mol S = 44.8 J/mol K Su yada H 2 O (l) H f = -285.83 kj/mol S = 69.95 J/mol K Suyun erime noktasını bulun 0 C olarak daha iyi! 22

Serbest Enerji ve Denge Herhangi bir durumda standart olan yada olmayan, serbest enerji değişimi buy olla bulunur: G = G + RT lnq (Standart koşullar altında, bütün konsantrasyonlar şunlardır : M, so Q = 1 ve lnq = 0; geçenler düşer. Serbest Enerji ve Denge Dengede, Q = K, ve G = 0. Eşitlik dönüşür 0 = G + RT lnk Yeniden düzenlersek buna dönüşür yada, G = RT lnk - G K = e RT 23

Örneğin: Gibbs serbest enerji ve denge sabiti 298 K de devam eden reaksiyonun serbest enerji oluşumuna göre denge sabitini hesaplamak için tablo kullanılır. N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) * Ek C, ders kitabı 1059-1061 sayfalarına bakın 24

25

26