Kimyasal Reaksiyonlarda Enerji

KİMYASAL REAKSİYONLAR VE
ENERJİ
SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ
Termokimya:
Fiziksel ve kimyasal değişimlerde meydana gelen ısı değişimlerini
inceleyen bilim dalıdır.
Termodinamik:
Enerjiyi ve buna bağlı olayların izlediği yolları anlamak için ortaya
konulan yasalardır.
ısı
hareket
Değişimleri bir sistem içinde inceler.
SİSTEM VE ORTAM:
Sistem:
Üzerinde incelemeler yapılan ve sınırları belli evren parçasıdır.
Ortam:
Sistemin dışında kalan her şeydir.
Bardak
(ORTAM)
EVREN
ORTAM
SİSTEM
Açık
Sistem
Kapalı
Sistem
Su (SİSTEM)
İzole
Sistem
İzotermal
Sistem
İzokorik
Sistem
İzobarik
Sistem
- Termos
- Sıcaklık sabit - Hacim sabit - Basınç
- Ortamla
- Sağlıklı insan - Düdüklü
sabit
enerji
vücudu
tencere
- Doğadaki
alışverişi
olaylar
- Ortamla her - Ortamla
ihmal
- Ortamla - Ortamla
türlü enerji enerji
- Ortamla
edilecek
madde
enerji
ve
madde alışverişi var,
hem enerji
iş
alışverişi
ve enerji alışverişi
kadar
az. alışverişi
hem de iş
yok.
var.
alışverişi
alışverişi
var, madde Madde
var.
var.
alışverişi
alışverişi
yok.
yok.
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
Ödev Sorusu: Aşağıda verilen sistemlerin hangi türe ait olduklarını belirtiniz.
a)
b)
c)
d)
Pistonlu kaptaki gaz:
Bardaktaki kahve:
Ağzı kapalı tenceredeki çorba:
Isıca yalıtılmış kaptaki su:
İÇ ENERJİ:
•
•
Bir sistemdeki tüm taneciklerin
toplamıdır.
Sembolü “U”, birimi Joule “J”dir.
İÇ
ENERJİ
=
kinetik
enerjileri
ile
KİNETİK
ENERJİ
POTANSİYEL
ENERJİ
Taneciklerin
öteleme,
titreşim, dönme
hareketlerinden
kaynaklanır.
Taneciklerin
birbirleriyle
etkileşiminden
kaynaklanır.
+
potansiyel
+
enerjilerinin
ATOMLARIN
ÇEKİRDEK
VE
ELEKTRONİK
ENERJİLERİ
ISI VE İŞ:
Isı:
- Sistemle ortam arasındaki sıcaklık farkından dolayı aktarılan enerjidir.
Termal hareketin sonucu
- Birimi “J”dir.
İş:
- Sıcaklık farkından bağımsız yollarla aktarılan enerjidir.
- Sembolü “w”dir.
!
ISI
İŞ
dönüşümü ilk defa Benjamin Thomson ortaya koymuş, sonra
James Joule tarafından ispatlanmıştır.
- İş, hareket, yer değiştirme vs durumunda yapılmış olur.
*
Sabit basınçta ısıtılan gaz için;
P sabit; T ↑  V ↑
QP = ΔU + w
Sisteme
verilen ısı
QP
Nihal İKİZOĞLU

=
İŞ YAPILMIŞ OLUR.
İÇ ENERJİ
DEĞİŞİMİ
ΔU = USON – UİLK
+
Basınca karşı
yapılan iş
w
www.kimyaakademi.com
*
Sabit hacimde ısıtılan gaz için;
V sabit  İŞ YAPILMIŞ OLMAZ (Hareket yok)
QV = ΔU
Sisteme
verilen ısı
QV
=
İÇ ENERJİ
DEĞİŞİMİ
ΔU = USON – UİLK
QP ≠ QV
TERMODİNAMİĞİN 1. KANUNU
Enerji asla yok edilemez veya yoktan var edilemez.
S(k) + O2(g)  SO2(g) + ısı
- ΔU = UÜRÜNLER – UGİRENLER
- Ortama ısı verildiğine göre
UÜRÜNLER < UGİRENLER
- Tepkime ekzotermik. (ΔU < 0)
Enerji sistemden ortama verildiğine göre;
ΔUEVREN = ΔUSİSTEM + ΔUORTAM = 0
CaCO3(k) + ısı  CaO(k) + CO2(g)
!
!
!
- ΔU = UÜRÜNLER – UGİRENLER
- Ortamdan ısı alındığına göre
UÜRÜNLER > UGİRENLER
- Tepkime endotermik. (ΔU > 0)
Bir sistemin iç enerjisi hesaplanamaz, ancak enerji değişimi hesaplanabilir.
Ortam ısı veya iş olarak enerji kazanırsa
Ortam ısı veya iş olarak enerji kaybederse
Q  (+), w  (+)
Q  (-), w  (-)
ΔU = Q + w
TERMODİNAMİĞİN KULLANIM ALANLARI
-
Kimyasal reaksiyonlardaki ısı değişimlerinin hesaplanması (Kalorimetre kabı)
Isıtma, soğutma sistemleri
Kompresörler
Otomobillerin ateşleme sistemleri
Güneş ve rüzgar enerji sistemleri
Turbo jet motorlarının çalışma prensipleri
Örnek Soru:
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
Pistonlu bir kapta bulunan gaz genleşirken 200 J’lük ısı almakta ve ortama 350 J’lük iş
yapmaktadır. Buna göre, gazın iç enerjisindeki değişim kaç kJ’dür?
Çözüm:
QP = +200 J (sistem ısı alıyor)
w = -350 J (sistem iş yapıyor)
ΔU = QP + w
ΔU = 200 + (-350)
ΔU = -150 J = -0,15 kJ
Ödev Sorusu:
Bir sistem ortamdan 75 J ısı alırken aynı zamanda iç enerjisi 225 J azalıyor. Bu olayda
işi yapan sistem midir, yoksa sisteme mi iş yapılır ve yapılan iç kaç J’dür?
(w = -300 J olduğuna göre sistem iş yapar)
SİSTEMLERDE ENTALPİ DEĞİŞİMİ
ENTALPİ (H): Toplam ısı kapsamı
ENTALPİ DEĞİŞİMİ (ΔH): ΔH = QP (Sabit basınçta ısı değişimi)
Endotermik tepkimeler:
Ekzotermik tepkimeler:
Sistem dışarıdan ısı alır.
Sistem dışarıya ısı verir.
H artar.
H azalır.
HÜRÜNLER > HGİRENLER
HÜRÜNLER > HGİRENLER
ΔHTEP = HÜRÜNLER - HGİRENLER
ΔHTEP = HÜRÜNLER - HGİRENLER
ΔHTEP > 0
ΔHTEP < 0
(+)
ÜRÜNLER
ΔH > 0
GİRENLER
Örnekler:
Nihal İKİZOĞLU
(-)
GİRENLER
ΔH < 0
ÜRÜNLER
Örnekler:
www.kimyaakademi.com
Fiziksel değişimler:
Fiziksel değişimler:
Erime, buharlaşma, kaynama
Donma, yoğunlaşma
Süblimleşme
Desüblimleşme
Bazı katı ve sıvıların suda çözünmesi…
Gazların suda çözünmesi
Kimyasal değişimler:
Kimyasal değişimler:
Elektroliz
Yanma
Çoğu bileşiklerin ayrıştırılması
Nötrleşme
Bağ kırılması
Bağ ve çoğu bileşiğin oluşumu
e- koparma
e- yükleme…
N2 gazının yanması…
TEPKİME ENTALPİSİ
 Sistemin sıcaklığına ve basıncına,
 Maddelerin fiziksel hallerine,
 Madde miktarına,
bağlıdır.
Örnek Soru:
Sabit hacimli bir kapta 1 mol CaO katısının yeterince su ile tepkimesi sonucu 58,25 kJ ısı
açığa çıkmaktadır. Aynı tepkime, sabit basınçlı bir kapta gerçekleştiğinde ise 64 kJ ısı
açığa çıkıyor.
Buna göre, bu tepkimenin ∆H, ∆U ve iş enerjisi değerleri kaç kJ’dür?
Çözüm:
QV = ∆U = -58,25 kJ
QP = ∆H = ∆U + w = -64 kJ
-64 = -58,25 + w
w = -5,57 kJ (Sistem iş yapmıştır)
Örnek Soru:
Sabit basınçlı bir kapta
N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g)
∆H = -92 kJ/mol
tepkimesi gerçekleşirken kaptaki 1 mol N2 ve 3 mol H2 gazlarının tamamı harcandığında
sisteme dışarıdan 24 kJ iş yapılıyor.
Buna göre, sistemin iç enerjisindeki değişim kaç kJ’dür?
Çözüm:
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
1 mol N2 ve 3 mol H2 için ∆H = -92 kJ = QP
w = +24 kJ (Sisteme dışarıdan iş yapılıyor)
∆U = QP + w
∆U = -92 + 24
∆U = -68 kJ (Sistemin iç enerjisindeki değişim)
Ödev Sorusu:
Sabit basınçlı bir kapta
N2O4(g)  2NO2(g)
∆H = +85,5 kJ/mol
tepkimesi gerçekleşiyor. Sabit sıcaklıkta 0,4 mol N2O4 gazının tamamı NO2 gazına
dönüştüğünde sistem ortama karşı 4,2 kJ iş yapıyor.
Buna göre, sistemin iç enerjisindeki değişim kaç kJ’dür?
(30 kJ)
STANDART OLUŞUM ENTALPİLERİ
 H ölçülemez, ∆H ölçülebilir.
 Bir maddenin elementlerinden oluşumu sırasındaki enerji değişimine oluşum
entalpisi (∆Hf = ∆Hol) denir.
 Sistemde koşullar;
P = 1 atm ve t = 0 veya 25°C ise,
∆Hf = ∆H°f (standart oluşum entalpisi) olur.
 1 mol maddenin oluşum entalpisine molar oluşum entalpisi denir.
 Elementlerin standart oluşum entalpileri 0 (sıfır) kabul edilir.
H2(g) + ½ O2(g)  H2O(g)
∆H°f = 0
∆H°TEP = -285,83 kJ
ise,
∆H°f = 0
olduğuna göre, ∆H°TEP = ∆H°f(H2O) = -285,83 kJ demektir.
TEPKİME ENTALPİSİ (∆HTEP) HESAPLAMA YÖNTEMLERİ
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
1- OLUŞUM ISILARINI (ENTALPİLERİNİ) KULLANARAK ∆HTEP HESAPLAMA
aA+bBcC+dD
tepkimesi için
∆HTEP = ∑∆Hf(ÜRÜNLER) - ∑∆Hf(GİRENLER)
∆HTEP = [c.∆Hf(C) + d.∆Hf(D)] – [a.∆Hf(A) + b.∆Hf(B)]
Örnek Soru:
∆Hf
=
+ 226, 7 kJ / mol
∆Hf
= − 393,5 kJ / mol
∆Hf
=
− 286 kJ / mol


 C2H2( g) 




 CO2

( g) 



 H2O ( s ) 


C2H2(g) + 5
2
ise,
O2(g) → 2CO2(g) + H2O(s) tepkimesi için ∆HTEP = ? kJ
Çözüm:
∆HTEP= 2∆Hf (CO ) + ∆Hf (H O)  −  ∆Hf (C H ) + ∆Hf (O ) 
2
2
2 2
2 

 
∆HTEP= 2 ( −393,5) + ( −286 )  − ( +226,7 ) + ( 0 ) 
∆HTEP =
−1299,7 kJ
Ödev Soruları:
1.
∆H

 C2H4 ( g) 


=
+ 18 kkal / mol
∆H
=
− 94 kkal / mol
∆H
=
− 58 kkal / mol

 CO2 ( g) 



 H2O( g) 


ise
C2H4(g)’nin yanma tepkimesi için ΔH = ? kkal/mol?
Nihal İKİZOĞLU
(-324 kkal/mol)
www.kimyaakademi.com
−58 kkal / mol olduğuna
2. 4HI + O2  2H2O + 2I2 için ΔHTEP = -140 kkal ve ∆HH2O =
göre,Δ
H
HI
= ? kkal/mol
(+6 kkal/mol)
3.
I.
II.
III.
S + O2  SO2
N2 + 2O2  N2O4
C2H2 + H2O  CH3CHO
ΔH = -296,8 kJ/mol
ΔH = +9,16 kJ/mol
ΔH = -138 kJ/mol
Yukarıda verilen tepkime entalpilerinden hangileri tepkimede oluşan ürünün
oluşum entalpisidir?
(I ve II)
4. 17,6 gram C3H8 gazının elementlerinden oluşması sırasında 41,6 kJ ısı açığa
çıkmaktadır.
Buna göre, C3H8 gazının oluşum entalpisi kaç kJ/mol’dür?
(C: 12, H: 1)
(-104 kJ/mol)
5. H2SO4(suda) + 2NaOH(suda)  Na2SO4(suda) + 2H2O(s)
ΔH = -33,5 kJ/mol
tepkimesine göre 0,2 M, 3L NaOH çözeltisi ile yeterince H2SO4 çözeltisi
nötrleştiğinde kaç kJ ısı açığa çıkar?
(10,05 kJ)
6. C2H5OH bieşiğinin molar yanma entalpisi -1380 kJ/mol’dür.
Bir miktar C2H5OH’ı yakmak için 1,2 mol O2 harcanırsa, kaç kJ ısı açığa
çıkar?
(552 kJ)
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
2- TEPKİME ISILARININ TOPLANABİLİRLİĞİ (HESS YASASI)
∆H =
a

X + Y → Z ⇒

Z + Y → T ∆H =
b

X + 2Y → T ∆H =
a + b
Tepkimeler taraf tarafa toplandığında
bu tepkimelerin ΔH’ları da toplanır ve
toplam
tepkimeye
ait
tepkime
entalpisi hesaplanmış olur.
Bir tepkime ters çevrilirse, ΔH işaret değiştirir.
Bir tepkime herhangi bir katsayı ile çarpılırsa, ΔH da aynı katsayı ile çarpılır.


Örnek:
X+YZ
için ΔH = +a
ise,
ZX+Y
için ΔH = -a
ya da
2X + 2Y  2Z
için ΔH = 2a
olur.
Örnek Soru:
I.
II.
III.
C + O2  CO2
H2 + ½ O2  H2O
C2H4 + 3O2  2CO2 + 2H2O
ΔH1 = -x
ΔH2 = -y
ΔH3 = -z
ise,
2C + 2H2  C2H4
tepkimesi için ΔH = ?
Çözüm:
I ve II no’lu tepkimeleri 2 ile çarpıp, III no’lu tepkimeyi ters çevirerek taraf tarafa
toplarız.
I.
2C + 2O2
→ 2CO2 ∆H1 = − 2x
II.
2H2 + O2
→ 2H2O ∆H2 = − 2y
III.
2CO2 + 2H2O → C2H4 + 3O2 ∆H3 = + z
2C + 2H2 → C2H4
=
∆H
- 2x - 2y + z
Ödev Soruları:
1. 2C + 3H2  C2H6
C + O2  CO2
H2O  H2 + ½ O2
ΔH = -85 kJ/mol
ΔH = -394 kJ/mol
ΔH = +242 kJ/mol
olduğuna göre, C2H6 bileşiğinin molar yanma entalpisi kaç kJ’dür?
(-1429 kJ/mol)
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
2. C2H4 + 3O2  2CO2 + 2H2O
C2H6 + 7/2 O2  2CO2 + 3H2O
H2O  H2 + ½ O2
ΔH = -1411 kJ/mol
ΔH = -1558 kJ/mol
ΔH = +242 kJ/mol
ise, C2H4 + H2  C2H6 tepkimesinde 11,2 gram C2H4’ün yeterince H2 ile
doyurulması sırasındaki ısı değişimi kaç kJ’dür? (C: 12, H: 1)
(-38 kJ)
3. Fe + CO2  FeO + CO
Fe3O4 + CO  3FeO + CO2
2Fe + 3CO2  Fe2O3 + 2CO
ΔH = +17 kJ
ΔH = +36 kJ
ΔH = +30 kJ
olduğuna göre,
3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2 tepkimesi için ΔH = ?
(-60 kJ)
3- BAĞ ENERJİLERİNİ KULLANARAK ΔH HESAPLAMA
Kimyasal tepkimelerde önce giren maddelerdeki atomlar arası bağlar kırılır, sonra
ürünleri oluşturmak üzere atomlar arasında yeni bağlar oluşur.


Bağ kırılması  Endotermik
ΔH = (+)
Bağ oluşumu  Ekzotermik
ΔH = (-)
İki atom arasındaki bağı kırmak için gerekli olan enerjiye bağ enerjisi denir.
Bağ enerjisi yüksek olan moleküllerde bağlar saha sağlamdır ve molekül daha
kararlıdır.
∆HTEP =
Nihal İKİZOĞLU
∑ ∆H
KIRILAN BAĞLAR
− ∑ ∆HOLUŞAN BAĞLAR
www.kimyaakademi.com
Örnek Soru:
Bağ
H–H
Bağ
enerjisi
(kJ/mol)
436
H–F
568
F–F
158
Tabloda verilen bağ enerjisi değerlerine göre H2, HF ve F2 moleküllerinin kararlılıklarını
sıralayınız.
Çözüm:
HF > H2 > F2
Örnek Soru: Yukarıdaki soruda verilen bağ enerjisi değerlerine göre,
H2 + F2  2HF tepkimesine ait ΔH = ?
Çözüm:
H–H + F–F  2H–F
436 kJ
∆HTEP =
158 kJ
∑ ∆H
568 kJ
KIRILAN BAĞLAR
− ∑ ∆HOLUŞAN BAĞLAR
ΔHTEP = [436 + 158]- [2.568]
ΔHTEP = -542 kJ
Ödev Soruları:
1. N2 + 3H2  2NH3
Bağ
N≡N
ΔH = -80 kJ ve
Bağ enerjisi
(kJ/mol)
x
H–H
436
N–H
389
olduğuna göre, N ≡ N bağının enerjisi (x) kaç kJ/mol’dür? (946 kJ/mol)
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
2. Aşağıdaki tabloda bazı bağlara ait bağ enerjisi değerleri verilmiştir.
Bağ
C–C
Bağ enerjisi
(kJ/mol)
347
C–H
414
C–O
360
O–H
464
O=O
142
H–H
436
Buna göre C3H7OH bileşiğinin oluşum entalpisi kaç kJ/mol’dür?
(-2601 kJ/mol)
İSTEMLİLİK VE ENTROPİ
İSTEMLİ OLAY: Herhangi bir dış etkenin yönlendirmesine ihtiyaç duymadan belirli bir
yönde doğada kendiliğinden gerçekleşen olaylardır.
 Serbest bırakılan bir taşın yere düşmesi
 Şelaleden suyun aşağıya doğru akması
 Demirin açık havada paslanması gibi…
İSTEMSİZ OLAY: Gerçekleşmesi için mutlaka bir dış etkenin olması gereken olaylardır.
 CO2’in su ile birleşerek bütan gazını oluşturması gibi.

İstemli ve istemsiz olaylar endotermik veya ekzotermik olabilir.
Örnek Soru:
I.
II.
III.
Suyun elektrolizi
Suyun yere doğru akması
Dışarıda bırakılan domatesin çürümesi
olaylarından hangileri istemlidir?
Cevap: II ve III
Örnek Soru:
I.
II.
III.
Tabiatta kendiliğinden gerçekleşen olayların tümü istemlidir.
Bütün endotermik tepkimeler istemsiz olaylardır.
İstemli olayın sonucunda oluşan maddelerin enerjisi her zaman azalır.
yargılarından hangileri doğrudur?
Cevap: Yalnız I
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
ENTROPİ VE DÜZENSİZLİK






Bir sistemin düzensizliğinin büyüklüğüne ya da sistemi oluşturan taneciklerin
gelişigüzel dağılımının büyüklüğüne entropi denir.
Entropi, bir sistemdeki kullanılmayan termal enerjinin bir ölçüsüdür.
(Kullanılamayan termal enerji attıkça, entropi artar.)
Entropi “S” ile gösterilir.
Entropi birimi J/K.mol’dür.
Entropisi artan bir sistemin düzensizliği de artar.
Bir sistemin düzensizliğinin artması onun enerji verebilme yeteneğini de arttırır.
FİZİKSEL DEĞİŞİMLER VE ENTROPİ
X(k) + ısı  X(s)
 Düzensizlik ve entropi artar.
X(k)  X(suda)
 Düzensizlik ve entropi artar.

Erime, buharlaşma, maddenin sıcaklığını arttırma ya da katı/sıvı bir maddeyi bir
çözücü içinde çözme olaylarında ENTROPİ ARTAR.
Entropi Değişimi ΔSSİSTEM > 0 olur.

Donma, yoğunlaşma, sıcaklığı azaltma ya da çökme olaylarında ENTROPİ AZALIR.
Entropi Değişimi ΔSSİSTEM > 0 olur.
Örnek Soru:
Oda koşullarında 1 mol suyun buharlaşması ile ilgili,
I.
II.
III.
Daha düzensiz tanecikler oluşur.
İstemli bir olaydır.
Suyun entropisi artar.
yargılarından hangileri doğrudur?
(25°C’de ΔSbuhar = 188,83 J/mol.K, ΔSsu = 69,95 j/mol.K, ΔHbuhar = 334,4 kJ/mol)
Çözüm:
ΔSSİSTEM = ΔSbuhar – ΔSsu
ΔSSİSTEM = 188,83 – 69,95 = 118,88 J/mol.K
(ΔSSİSTEM > 0)  Suyun entropisi artar.  Düzensizlik artar  I ve III √
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
∆HSİSTEM
334400
∆SORTAM =
−
=
−
=
−1122,15 J / mol.K
T
(25 + 273)
ΔSEVREN = ΔSSİSTEM + ΔSORTAM
= 118,88 + (-1122,15)
= -1003,27 J/mol.K
(ΔSEVREN < 0)  Toplam entropi azalır.  Olay istemsizdir.  II ×
KİMYASAL REAKSİYONLAR VE ENTROPİ DEĞİŞİMİ
ΔSSİSTEM = Sistemin (reaksiyonun) entropi değişimi
ΔSORTAM = Ortamın entropi değişimi
ΔSEVREN = Toplam entropi değişimi
Δ
S
=
RXN
SİSTEM
∑
ÜRÜNLER
∑
GİRENLER
Δ
Δ
S
=-
ORTAM
H
SİSTEM
T
ΔSEVREN = ΔSSİSTEM + ΔSORTAM
Örnek: Oda sıcaklığında suyun elektrolizini inceleyelim.
H2O(s)  H2(g) + ½ O2(g)

∆S
=
RXN
∑S

ÜRÜNLER
ΔH°RXN = 285,83 kJ/mol
− ∑ SGİRENLER
1     
 
=
S H2 + 2 S O2  −  S H2O 


 
1

 

=130, 68 + 205,14 −  69, 95
2


 
= 163,3 J/mol.K

(Sistemin entropisi arttı.)
ANCAK
∆S ORTAM

∆HSİSTEM
285830
=
−
=
−
=
−959,16 J / mol.K
T
298
ΔSEVREN = ΔSSİSTEM + ΔSORTAM
= 163,3 + (-959,16)
= -795,86 J/mol.K


(Toplam entropi azaldı.)
SUYUN ELEKTROLİZİ İSTEMSİZDİR.
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
SONUÇ:
ΔSEVREN = 0 
SİSTEM DENGEDE
ΔSEVREN > 0 
İSTEMLİ
ΔSEVREN < 0 
İSTEMSİZ
TERMODİNAMİĞİN 2. KANUNU
Bütün istemli olaylarda EVRENDEKİ TOPLAM ENTROPİ ARTAR ve
EVREN ZAMAN GEÇTİKÇE BİR DENGE HALİNE DOĞRU YAKLAŞIR.
ΔSEVREN = ΔSSİSTEM + ΔSORTAM
Δ
Δ
S
=-
ORTAM
H
SİSTEM
T

Sabit sıcaklık ve basınçta tersinir bir
kimyasal reaksiyonun entropisi
 ΔSORTAM, ΔH ile doğru
T ile ters orantılıdır.
 Düşük sıcaklıkta sistem daha düzenli, ortam düzensizdir.
 Yüksek sıcaklıkta sistem daha düzensiz, ortam düzenlidir.
 T arttıkça, SİSTEMİN ENTROPİSİ ARTAR.
ORTAMIN ENTROPİSİ AZALIR.
Örnek: 0°C’de 1 mol buzun, 0°C’de 1 mol suya dönüşümünü inceleyelim.
0°C’de 1 mol buzun entropisi = 43,2 J/mol.K
0°C’de 1 mol suyun entropisi = 65,2 J/mol.K
•
Hal değişimi sonucunda sistemin entropi değişimi:
ΔSSİSTEM = ΔSSON(SU) – ΔSİLK(BUZ)
= 65,2 – 43,2
= 22 J/mol.K
•
 ΔSSİSTEM > 0  Sistemin entropisi artmış.
Sistemin ortamdan aldığı ısı:
Q = m . LERİME
Q = 18 . 333 = 5994 J
•
 ΔHSİSTEM
Ortamın entropisindeki değişim:
Δ
Δ
S
=-
ORTAM
Nihal İKİZOĞLU
H
SİSTEM
T
=−
5994
≅ −21, 9 J / mol.K  Ortamın entropisi azalmış.
273
www.kimyaakademi.com
•Δ
S
=
EVREN
SİSTEM
ORTAM
= 22 + (-21,9)
= +0,1 J
 ΔSEVREN > 0  TOPLAM ENTROPİ ARTTI.
(OLAY İSTEMLİ)
Entropinin artması: Sistemin olası olmayan durumdan daha olası duruma doğru
gitmesidir.

Örnek:
1 mol
X(g)
2 mol
X(g)
I
(V, t)
II
(V, t)
 Aynı sıcaklıkta, eşit hacimde farklı
kaplarda bulunan gazın entropisi
(başka
bir
değişle
düzensizliği)
madde miktarı azaldıkça artar.
 SI > SII (I daha düzensiz)
Örnek:
1 mol
X(g)
I
(V, t)
1 mol
X(g)
 Aynı sıcaklıkta, farklı hacimlerdeki
kaplarda bulunan gazın entropisi
(başka
bir
değişle
düzensizliği)
hacim arttıkça artar.
 SII > SI (II daha düzensiz)
II
(2V, t)
Örnek:

10 g
tuz
30 g
tuz
I
100 ml
su
II
100 ml
su
 Aynı sıcaklıkta, aynı miktarda çözücü
içindeki çözünenin entropisi (başka
bir değişle düzensizliği) çözünen
miktarı azaldıkça artar.
 SI > SII (I daha düzensiz)
ENTROPİ, İŞ YAPMA YETENEĞİ OLMAYAN ENERJİDİR!!!
ENTROPİ VE İSTEMLİLİK
İstemli değişimler gerçekleşirken madde tanecikleri daha düzensiz ve gelişigüzel bir
yapıya doğru hareket ederler.
 Düzensizlik arttıkça entropi artar  İstemli olay gerçekleşir.
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
Örnek Soru:
I.
II.
III.
C2H5OH(s) suda çözünürse entropisi artar.
Su buharları soğuk camda yoğunlaşırsa entropileri azalır.
Su elektroliz edilirse entropisi azalır.
yargılarından hangileri doğrudur?
Cevap: I ve II
Ödev Sorusu:
I.
II.
III.
Pistonlu bir kaptaki gaz ısıtılıyor.
Oda sıcaklığında bırakılan buz eriyor.
Leblebiden leblebi tozu yapılıyor.
olaylarında entropi nasıl değişir?
Cevap: Üçünde de artar.
TERMODİNAMİĞİN 3. KANUNU
MUTLAK SIFIR NOKTASINDA BÜTÜN SAF MADDELERİN
(ELEMENT/BİLEŞİK) KRİSTALLERİ SIFIR ENTROPİYE SAHİPTİR.

BİR MADDENİN ENTROPİSİ ASLA SIFIR OLAMAZ. BUN EDENLE, MADDELERİN
SICAKLIĞI ASLA MUTLAK SIFIR DEĞERİNE DÜŞÜRÜLEMEZ.

Mutlak sıfır sıcaklık değerine yaklaşıldığında, sistemin entropisi de sabit bir değer alır.
Bu değerin sabit olması, bütün hareketlerin durması ve kristal olmayan maddelerin
molekül dizilimlerinin farklı olmasından kaynaklanan bir belirsizliğin hala var olması
yüzündendir.

Mükemmel kristallerin titreşim hareketleri mutlak sıfırda tamamen durur.
(Mükemmel kristaller, kristal yapıları bozulmaya uğratılamayan ve en düşük enerjiye
sahip, mutlak entropinin sıfır olduğu maddelerdir.)

Mutlak sıfırdan itibaren ısıtılmaya başlanan tüm kristallerdeki entropi artışı, entalpileri
ve hal değişim ısıları ölçülerek bulunur.

Maddelerin 1 atm basınç ve 25°C sıcaklıkta ölçülen entropi değerlerine standart
mutlak entropi denir ve S° ile gösterilir.
GİBSS SERBEST ENERJİSİ
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
∆SEVREN = ∆STOPLAM = ∆SSİSTEM + ∆SORTAM
∆STOPLAM =
∆SSİSTEM −
∆HSİSTEM
(Denklemi T ile çarpalım)
T
T . ∆STOPLAM =
T . ∆SSİSTEM + T .
∆HSİSTEM
>0
T
( )
− T . ∆STOPLAM =
− T . ∆SSİSTEM − − T .
∆HSİSTEM
T
− T . ∆STOPLAM =
− T . ∆SSİSTEM + ∆HSİSTEM
− T . ∆STOPLAM


> 0 (İSTEMLİ OLAY)
(Denklemi (-) ile çarpalım)
<0
<0
=
− T . ∆SSİSTEM + ∆HSİSTEM
(olur ve yeniden adlandırılır)
<0
EVRENDEKİ SERBEST
ENERJİ DEĞİŞİMİ
(∆G)
SONUÇ:
Δ
G=
SİSTEM
SİSTEM
ΔG < 0  İSTEMLİ (Sistem ortalama iş yapabilecek enerji verir)

ΔG = 0  SİSTEM DENGEDE
ΔG > 0  İSTEMSİZ
SERBEST ENERJİ: İş yapmaya hazır enerji demektir.
Ödev Sorusu: MEB Ders Kitabı – Sy: 52 – Öğrendiklerimizi Uygulayalım
 Bir sistemdeki (reaksiyondaki) serbest enerji değişimi:
∆G =
∑ ∆G
ÜRÜNLER
− ∑ ∆GGİRENLER ile de hesaplanabilir.
Gibss Serbest enerjisi, değişimlerin istemliliğini etkileyen 2 faktörü birleştirir:

1. Minimum enerjili olma durumu
2. Maksimum düzensizlik eğilimi (Entropi artışı)

Bir olayın, herhangi bir yönde istemli olması maksimum düzensizlik eğilimi ile
minimum enerji eğiliminin aynı yönde olması ile artar.
 Bir değişim sürecinde bu eğilimler zıt yönde ise tepkime tersinir (çift yönlü)
olabilme özelliğine sahiptir.
Bu tür tepkimelerde ΔG = 0’dır.
Örnek:
Musluk açıldığında
Nihal İKİZOĞLU
X(g)

Y(g)
www.kimyaakademi.com
X(g) + Y(g)
X(g) + Y(g)
Gazlar difüzyonla birbirine karışır.
Gazlar ideal ise, bu olayda sistemin iç enerjisi ne artar, ne de azalır. (Yani değişmez.)
Yani, sistem ile ortam arasında ısı alışverişi olmaz. (ΔG = 0)
Bu durumda,
ortamın entropisi değişmez. (ΔSORTAM = 0)
Gaz taneciklerinin arasındaki uzaklık arttığından sistemin düzensizliği
ve entropisi artar.
∆STOPLAM = ∆SSİSTEM + ∆SORTAM



0
∆STOPLAM =
∆SSİSTEM

İstemli bir olay sırasında enerji değişimi olmazsa, entropi azalması asla olmaz.
(Termodinamiğin 2. kanununa – istemli olaylarda evrenin entropisi daima artar –
yeni bir bakış açısı da denebilir.)
ÖZETLE;
Bir reaksiyonun kendiliğinden olabilmesi için ΔG < 0 olması gerekir.
ΔG < 0 iken
ΔH < 0 veya ΔS > 0  Rxn her sıcaklıkta kendiliğinden gerçekleşir.
ΔH < 0 ve ΔS < 0  Rxn düşük sıcaklıkta kendiliğinden oluşur.
ΔH > 0 ve ΔS > 0  Rxn yüksek sıcaklıkta kendiliğinden oluşur.
ΔG > 0 iken
ΔH ve ΔS ne olursa olsun, rxn kendiliğinden oluşmaz.
ÜNİVERSİTE SINAVLARINDA ÇIKMIŞ SORULAR
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
1. C2H4(g) + H2(g)  C2H6(g) tepkimesine göre, 2 mol C2H6(g)’nin gazının oluşması
sırasında 65,4 kkal ısı açığa çıkmaktadır. C2H4(g)’nin oluşma ısısı 12,5 kkal/mol
olduğuna göre, C2H6(g)’nin oluşma ısısı kaç kkal/mol’dür?
(1994-ÖYS)
A) -45,2
B) 45,2
C) -20,2
D) 20,2
E) -32,7
2. X maddesinin belirli bir sıcaklıktaki kinetik enerji dağılımı şekildeki gibidir. Bu X
maddesinin,
2X  Y + Z
tepkimesi ile ilgili iki ayrı durumdaki aktifleşme enerjileri Ea1 ve Ea2’dir.
Molekül sayısı
Ea1
Ea2
Kinetik enerji
Bu durumlardan biri katalizörsüz, diğeri katalizörlü olduğuna göre,
I.
II.
III.
Her iki durumda da etkin çarpışma sayısı aynıdır.
Ea1 katalizörlü tepkimenin aktifleşme enerjisidir.
Aktifleşme enerjisi Ea2 olan tepkimenin hızı daha küçüktür.
yargılarından hangilerinin doğru olması beklenir?
A) Yalnız I
B) Yalnız II
D) II ve III
3.
(1994-ÖYS)
C) Yalnız III
E) I, II ve III
PE
NO(g) + O3(g)
NO2(g) + O2(g)
Tep. Koor.
Tek basamakta olduğu bilinen,
NO(g) + O3(g)  NO2(g) + O2(g)
tepkimesinin potansiyel enerji diyagramı şekildeki gibidir.
Bu tepkime ile ilgili olarak,
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
I.
II.
III.
Isıveren (ekzotermik) dir.
Tepkime hızı = k[NO][O3]
Hız sabiti (k) sıcaklıkla artar.
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
(1995-ÖYS)
B) Yalnız II
D) I ve II
C) Yalnız III
E) I, II ve III
4. Aşağıdaki diyagramlar, eşit kütleli
tepkimelerinin,
tepkime
süresince
göstermektedir.
beş farklı
potansiyel
maddenin oksijenle oluşan
enerji
(PE)
değişimlerini
PE (kkal)
PE (kkal)
PE (kkal)
10
30
40
60
70
Tep. Koor.
I
PE (kkal)
60
Tep. Koor.
II
III
Tep. Koor.
PE (kkal)
10
10
60
IV
70
Tep. Koor.
V
Tep. Koor.
Bu diyagramlardan hangisi, diğerlerine göre, yakıt özelliği en iyi (yanma
ısısı en büyük) olan maddeye aittir?
(1995-ÖYS)
A) I
Nihal İKİZOĞLU
B) II
C) III
D) IV
E) V
www.kimyaakademi.com
5. CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(s) denklemine göre 3,2 gram CH4’ün yanmasından
42,6 kkal ısı açığa çıkmaktadır.
C(k) + O2(g)  CO2(g)
ΔH = -94 kkal
H2(g) + ½ O2(g)  H2O(s)
ΔH = -68 kkal’dir.
Bu bilgilere göre,
CH4(g)  C(k) + 2H2(g)
tepkimesinin ΔH’si kaç kkal’dir?
(1996-ÖYS)
(CH4: 16, tepkimeler aynı koşullardadır.)
A) -34
B) -17
C) +8,5
D) +17
E) +34
6. 2XY2(g) + Z2(g)  2XY2Z(g)
Tepkimesi iki basamakta gerçekleşmektedir.
Bu tepkimenin hızlı basamağı
XY2(g) + Z(g)  XY2Z(g)
olduğuna göre, tepkimenin hızı aşağıdakilerden hangisine eşittir?
(1996-ÖYS)
A) k[XY2][Z]
B) k[XY2][Z2]
D) k[XY2Z][Z]
C) k[XY2]2[Z2]
E) k[XY2Z]
7. Isı veren (ekzotermik) tepkimelerde,
I.
Toplam entalpi azalır.
II. Açığa çıkan ısı, ürünlerin toplam entalpileri ile giren maddelerin entalpileri
arasındaki fark kadardır.
III. Aktifleşmiş kompleksin enerjisi, ileri ve geri tepkimelerde aynıdır.
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
B) Yalnız II
D) II ve III
Nihal İKİZOĞLU
(1996-ÖYS)
C) I ve II
E) I, II ve III
www.kimyaakademi.com
8.
Potansiyel
enerji
Girenler
l
Ürünler
k
m
Tepkime
koordinatı
Yukarıda bir tepkimenin potansiyel enerji diyagramı verilmiştir.
Diyagrama
doğrudur?
A)
B)
C)
D)
E)
göre,
bu
tepkime
ile
ilgili
aşağıdaki
ifadelerden hangisi
(1997-ÖYS)
İleri tepkimenin ısısı m’dir.
İleri tepkimenin aktifleşme enerjisi geri tepkimeninkinden büyüktür.
Ürünlerin potansiyel enerji toplamı girenlerinkinden küçüktür.
İleri tepkime, ısı alandır (endotermik).
Geri tepkimenin aktifleşme enerjisi l – k dir.
9. Şekildeki iki eğri kapalı bir kapta bulunan bir gaz
örneğindeki moleküllerin, I ve II koşullarındaki hız
dağılımını göstermektedir. Buna göre, gaz örneği ile
ilgili
aşağıdaki
karşılaştırmalardan
hangisi
doğrudur?
(1997-ÖYS)
Molekül yüzdesi
I
II
A)
B)
C)
D)
Sıcaklığı, I ve II’de aynıdır.
Sıcaklığı, I’de II’dekinden yüksektir.
Ortalama kinetik enerjisi, I’de II’dekinden büyüktür.
Molekülleri arası çekme kuvvetleri, I’de II’dekinden
küçüktür.
E) Moleküllerinin saniyedeki ortalama çarpışma sayısı,
I’de II’dekinden azdır.
Hız
10. Aşağıdaki değişimlerin hangisindeki ΔH’nin (enerji değişimi) adı yanlış
verilmiştir?
(1997-ÖYS)
.
A)
B)
C)
D)
E)
Değişim
X(k)  X(g)
X(s)  X(g)
X(g) + e-  X-(g)
HX(suda)  H+(suda) + X-(suda)
X(k) + H2O(s)  X(suda)
Nihal İKİZOĞLU
ΔH
Süblimleşme enerjisi
Buharlaşma enerjisi
İyonlaşma enerjisi
Asit iyonlaşma enerjisi
Çözünme enerjisi
www.kimyaakademi.com
11. Bir tepkimenin mekanizması,
1. NO(g) + Cl2(g)  NOCl2(g)
(hızlı)
2. NOCl2(g) + NO(g)  2NOCl(g)
(yavaş)
basamakları ile gösterilmektedir.
Bu tepkime ile ilgili,
I. Denklemi, 2NO(g) + Cl2(g)  2NOCl(g) dir.
II. Hızı, k[Cl2][NO] ya eşittir.
III. Birinci basamağının aktifleşme enerjisi ikincisininkinden küçüktür.
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
(1997-ÖYS)
B) Yalnız II
D) I ve III
12. (1) X(g) + Y(g)  Z(g)
(2) X(g) + Y(g)  Z(g)
C) Yalnız III
E) I, II ve III
(yavaş)
(hızlı)
Aynı sıcaklıkta oluşan yukarıdaki tek basamaklı (1) ve (2) tepkimelerinin hızları
birbirinden farklıdır.
Bu tepkimelerle ilgili,
I. (1) tepkimesinin aktifleşme enerjisi (2) tepkimesininkinden büyüktür.
II. Her iki tepkimenin denge sabitleri farklıdır.
III. Her iki tepkimenin tepkime ısıları aynıdır.
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
(1998-ÖYS)
B) Yalnız III
D) II ve III
C) I ve III
E) I, II ve III
13. 1. X2Y(s) + ısı  X2Y(g)
2. X2(g) + ½ Y2(g)  X2Y(g) + ısı
Yukarıda verilen 1 ve 2 tepkimeleriyle ilgili,
I. 1 fiziksel, 2 ise kimyasal tepkimedir.
II. 1 deki ısının mutlak değeri 2 dekinden büyüktür.
III. 2 oluşurken potansiyel enerji azalır.
yargılarından hangilerinin doğru olması beklenir?
(1999-ÖSS)
14. Bir X2 gazının 0,5 molü, aynı mol sayısında Y2 gazıyla tam olarak birleşip potansiyel
enerjisi 70 kkal/mol olan X2Y2 bileşiğini oluşturmuş ve tepkime sonucunda 200 kkal
ısı açığa çıkmıştır.
Buna göre,
Nihal İKİZOĞLU
www.kimyaakademi.com
I. X2Y2 bileşiğinin oluşum entalpisi 400 kkal/mol’ dür.
II. Tepkimeye girenlerin potansiyel enerjisi 470 kkal’dir.
III. Tepkime ısısı (∆H) 200 kkal/mol’dür.
yargılarından hangileri doğrudur?
(2006-ÖSS)
15. Etilen gazının flor gazı ile tepkimesi aşağıdaki gibidir.
C2H4(g) + 6F2(g)  2CF4(g) + 4HF(g)
Buna göre, tepkimenin standart tepkime ısısı (∆H) kaç kJ’dir?
H2(g) + F2(g)  2HF(g)
C(k) + 2F2(g)  CF4(g)
2C(k) + 2H2(g)  C2H4(g)
A) -2486
∆H = -537 kJ
∆H = -680 kJ
∆H = +52 kJ
B) -2382
C) -1165
(2008-ÖSS)
D) -1113
E) +1165
16. Metan gazının yanma tepkimesi aşağıda verilmiştir.
CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(g) + 212 kkal
32 gram CH4 gazı yakıldığında açığa çıkan ısı 25°C’deki 8 litre suyun ısıtılmasında
kullanılmıştır.
Buna göre 25°C’deki suyun sıcaklığı kaç °C’ye çıkar?
(2010-LYS)
(CH4= 16 g/mol, dSU= 1 g/mL, cSU= 1 kal/g°C)
A) 78
B) 63
C) 58
D) 43
E) 35
17. C3H8(g) + 5O2(g)  3CO2(g) + 4H2O(s)
Yukarıda verilen tepkimenin standart tepkime ısısı (∆H°) kaç kJ’dür?
(2010-LYS)
∆H°OL[C3H8(g)]= -104 kJ/mol
∆H°OL[CO2(g)]= -394 kJ/mol
∆H°OL[H2O(s)]= -286 kJ/mol
A) +784
Nihal İKİZOĞLU
B) +476
C) -784
D) -2222
E) -2326
www.kimyaakademi.com