Bağ Enerjisi ve Hess Yasası

Bağ Enerjileri

Aynı veya farklı cins atomları, kuvvetli etkileşimlerle bir arada tutan çekim kuvvetlerine kimyasal bağ denir.

Kimyasal tepkimeler gerçekleşirken, maddeleri oluşturan atomlar arasındaki bağların tümü ya da bir kısmı yeniden düzenlenir. Yani tepkimeye giren maddeleri oluşturan atomlar arasındaki bağlar kırılırken, diğer taraftan da ürünlerdeki atomlar arasında yeni kimyasal bağlar oluşur.

Atomlar arasındaki kovalent bağı kırmak için gerekli olan enerjiye bağ enerjisi denir.

Bağ enerjisi \(\Delta H_B\degree\) ile gösterilir. Birimi kJ/mol dür.
Bağ enerjisinin ölçülebilmesi için maddelerin gaz halinde olması gerekir.
- Çünkü gaz halindeki bir moleküle verilen enerji sadece bağları koparmak için harcanırken, örneğin katı haldeki bir moleküle verilen enerji önce o molekülü gaza dönüştürmek için harcanır.
Kimyasal türler kararlı bir yapıya ve daha düşük bir enerjiye sahip olmak için bağ yaparlar. Bundan dolayı da bağ oluştururken dışarıya enerji verirler. Yani bağ oluşumu ekzotermiktir.
- \(\ce{H^{.}(g) + H^{.}(g) -> H2(g) + 436kJ}\)
- \(\ce{2H^{.}(g) -> H2(g)},\quad\Delta H_B\degree=-436kJ/mol\)
Oluşan bağların tekrar kırılması ise endotermiktir. Bağ oluşumu sırasında açığa çıkan enerji, aynı zamanda bağın kırılması için gereken enerjiye eşittir. Ancak zıt işaretlidir.
- \(\ce{H2(g) + 436kJ -> H^{.}(g) + H^{.}(g)}\)
- \(\ce{H2(g) -> 2H^{.}(g)},\quad\Delta H_B\degree = +436 kJ/mol\)
Bir bağın kopması için gereken enerji ne kadar büyükse bağ o kadar sağlamdır.

Kovalent bağ yapan iki atomun çekirdekleri arasındaki uzaklığa bağ uzunluğu denir.

Bağ uzunluğu ne kadar kısa ise bağ o kadar sağlamdır.
Bağ oluşumu sırasında paylaşılan elektron çifti sayısı arttıkça bağ uzunluğu kısalır ve bağın kuvveti artar. Bundan dolayı, ikili bağlar, tekli bağlardan, üçlü bağlar da ikili bağlardan sağlamdır.

\[\ce{H\bond{-}H(g) + 436kJ -> H(g) + H(g)} \\ \ce{H(g) + H(g) -> H2(g) + 436kJ} \\ {}\\ \ce{O\bond{=}O(g) + 498kJ -> O(g) + O(g)} \\ \ce{O(g) + O(g) -> O2(g) + 498kJ} \\ {}\\ \ce{N\bond{#}N(g) + 946kJ -> N(g) + N(g)} \\ \ce{N(g) + N(g) -> N2(g) + 946kJ} \]

Bağ uzunluğu ve bağ enerjisi, atomun büyüklüğüne, elektronegatifliğe ve molekülün yapısına bağlıdır. Bundan dolayı aynı atomlar arasındaki bağların enerji değeri, molekül değiştikçe değişir.
Örneğin; \(CH_4\) teki \(\ce{C\bond{-}H}\) bağı ile \(C_2H_6\) daki \(\ce{C\bond{-}H}\) bağının değeri farklıdır. Bundan dolayı bağların ortalama değeri hesaplanmıştır.
Tepkime entalpisi hesaplanırken, bağ enerjilerinden de yararlanılır. Bunun için aşağıdaki formül kıllanılır.

\[\Delta H = \sum{\Delta H\degree_{B(\text{kırılan bağlar})}} - \sum{\Delta H\degree_{B(\text{oluşan bağlar})}} \]

Başka bir şekilde ifade etmek gerekirse;

\[\Delta H = \sum{\Delta H\degree_{B(\text{girenlerin bağ enerjileri})}} - \sum{\Delta H\degree_{B(\text{ürünlerin bağ enerjileri})}} \]

Bağ enerjisinde giren - ürün iken, oluşum ısısı/entalpisinde ürün - giren formülü kullanılır!

Tepkime Isılarının Toplanabilirliği

Kimyasal tepkimeler tek basamakta gerçekleşebildiği gibi, art arda gelen basamaklar sonucunda da gerçekleşebilir.

Aynı koşullarda, aynı tepkime, tek veya çok basamakta da gerçekleşse meydana gelen entalpi değişimi aynıdır.

Kimyasal tepkimedeki toplam entalpi değişimi, ara basamakların entalpi değişimlerinin toplamına eşit olup, bu yasaya Hess Yasası adı verilir.

Örneğin; standart koşullarca \(C(k)\) ve \(O_2(g)\) elementlerinden \(CO_2\) oluşumu tek basamakta veya iki basamakta da gerçekleşebilir.

Tek basamaklı tepkimede, karbon katısının oksijen kazıyla tepkimesi sonucunda doğrudan karbondioksit elde edilir.
- \(\ce{C(k) + O2(g) -> CO2(g)},\quad\Delta H\degree=-393kJ/mol\)
Birden fazla basamaklı tepkimede ise, karbon katısının oksijen gazı ile tepkimesi sonucunda önce karbonmonoksit elde edilir, ardından oluşan bu bileşik oksijen gazıyla, ikinci bir tepkime sonucunda karbondioksit gazını oluşturur.
- \(\ce{C(k) + 1/2O2(g) -> CO(g)}\quad\Delta H\degree = -110kJ/mol\)
- \(\ce{CO(g) + 1/2O2(g) -> CO2(g)}\quad\Delta H\degree= -283kJ/mol\)
\(CO_2\) oluşumuyla sonuçlanan yukarıdaki iki basamak taraf tarafa toplandığında birinci durumdaki tepkime elde edilir. Bu tepkimelerine entalpi değişimlerinin toplamı da birinci tepkimedeki entalpi değişimine eşittir.

Hess Yasası

Hess Yasası, bilinen farklı tepkimelerden elde edilebilecek net bir tepkimenin entalpi değişiminin bulunmasına yönelik kuralları içerir.

Birden fazla tepkime taraf tarafa toplanırsa, bu tepkimelerin \(\Delta H\) değerleri de toplanır.

Bir tepkime herhangi bir kat sayı ile çarpılırsa, \(\Delta H\) da aynı katsayı ile çarpılır.

Bir tepkime ters çevrilecek olursa, \(\Delta H\) işaret değiştirir.

Questions

Açığa çıkan ısı negatif olamaz bu sebeple 1 yanlıştır. H ve I birleşip HI ya dönüştüğünde, 298kJ enerji açığa çıkar. Bunu kırmak için ise yine 298 kJ enerji gerekir.

Cevabın +178 olması gerekir. 44,5kJ ısı açığa çıktığına göre \(\Delta H\) en başta -44,5 dir. Tepkime ters çevrildiğinde ise bu değer pozitif olmalıdır.

Güzel soru.

Birinci maddede oluşum ısısı dese ve -92kJ/mol verse doğru olurdu. Fakat -184 olan değer (girenlerin bağ enerjileri - ürünlerin bağ enerjisi) dir. Sadece 2 tane HCl molekülünün değildir. Bu sebeple bu madde yanlıştır.
Bu soruyu tekrar çöz.

4C-H bağları birbirini götürdüğü için enerjilerini bilmemize gerek yoktur.