Entalpi ve Türleri-1

Tepkimelerde Isı Değişimi

Endotermik Tepkime

Dışarıdan ısı (enerji) alarak gerçekleşen tepkimelere endotermik tepkime denir.

Yalıtılmış kapta endotermik olay gerçekleşirken ortamdan ısı alındığı için ortam soğur.

Ürünlerin enerjisi girenlerin enerjisinden büyüktür.

Endotermik tepkimelerde ısı, girenler bölümüne yazılır.

\(\ce{X + Y + Heat -> Z + T}\)

Endotermik bir tepkimede ısı miktarını belirtmek için okun üzerine ısı veya delta \((\Delta)\) yazılabilir.

\(\ce{NH3(g) ->[heat] N2(g) + 3H2(g)}\)

Tepkimenin gerçekleştiği sıcaklık değeri okun üzerine yazılır.

\(\ce{C2H4(g) + H2O(g) ->[280\degree C] C2H5OH(g)}\)
\(\ce{NaI(k) + 700kJ/mol -> Na+(g) + I-(g)}\)

Erime, buharlaşma, süblimleşme gibi maddelerin düzenli tanecik yapılarından, düzensiz yapılara geçişi endotermiktir.

\(\ce{I2(k) + Energy -> I2(g)} \quad\text{(Süblimleşme)}\)
\(\ce{C2H5OH(s) + Energy -> C2H5OH(g)} \quad\text{(Buharlaşma)}\)
\(\ce{H2O(k) + Energy -> H2O(s)} \quad\text{(Erime)}\)

Analiz tepkimeleri genellikle endotermiktir.

\(\ce{CaCO3(k) ->[heat] CaO(k) + CO2(g)}\)

Katı haldeki maddelerin sıvılarda çözünmesi sırasında genellikle endotermik olaylar gerçekleşir.

\(\ce{C6H12O6(k) + Energy -> C6H12O6(suda)}\)

Kimyasal türlerin birbirinden ayrılması (bağ kopması) endotermiktir.

\(\ce{H2(g) + Energy -> 2H(g)}\)

Atomlardan elektron koparılması endotermiktir.

\(\ce{Ca(g) + Energy -> Ca^{2+}(g) + 2e-}\)

Yanma olaylarından sadece \(N_2\) gazının yanması endotermiktir.

\(\ce{N2(g) + 2O2(g) + 33,09kJ -> 2NO2(g)}\)

Ekzotermik Tepkime

Dışarıya ısı (enerji) vererek gerçekleşen tepkimelere ekzotermik tepkime denir.

Yalıtılmış kapta endotermik olay gerçekleşirken ortama ısı verildiği için ortam ısınır.

Ürünlerin enerjisi girenlerin enerjisinden küçüktür.

Ekzotermik tepkimelerde ısı, ürünler bölümüne yazılır.

\(\ce{Z + T -> X + Y + Heat}\)

Yoğuşma, donma, kırağılaşma gibi maddelerin düzensiz tanecik yapılarından, düzenli yapılara geçişi ekzotermiktir.

\(\ce{CO2(g) -> CO2(k) + Energy} \quad\text{(Kırağılaşma)}\)
\(\ce{H2O(s) -> H2O(k) + Energy} \quad\text{(Donma)}\)
\(\ce{H2O(g) -> H2O(s) + Energy} \quad\text{(Yoğuşma)}\)

Sentez tepkimeleri genellikle ekzotermiktir.

\(\ce{CO(g) + Cl2(g) -> COCl2(g) + Energy}\)
\(\ce{N2(g) + 3H2(g) -> 2NH3(g) + Energy}\)

Gazların ve bazı katıların suda çözünmesi ekzotermiktir.

\(\ce{NaOH(k) -> Na+(suda) + OH-(suda) + Energy}\)
\(\ce{O2(g) -> O2(suda) + Energy}\)

Kimyasal türler arasında bağ oluşması ekzotermiktir.

\(\ce{O(g) + O(g) -> O2(g) + Energy}\)

Bazı atomların elektron alması ekzotermiktir.

\(\ce{F(g) + e- -> F-(g) + Energy} \quad\text{(Elektron ilgisi)}\)

\(N_2\) nin yanması dışındaki tüm yanma olayları ekzotermiktir.

\(\ce{C(k) + 1/2O2(g) -> CO(k) + Energy}\)
\(\ce{C2H4(g) + 3O2(g) -> 2CO2(g) + 2H2O(g) + Energy}\)

Nötralleşme tepkimeleri ve metal-asit tepkimeleri ekzotermik tepkimedir.

\(\ce{HNO3(aq) + KOH(suda) -> KNO3(aq) + H2O(s) + Energy}\)
\(\ce{H^(suda) + OH-(suda) -> H2O(s) + Energy}\)
\(\ce{Na(k) + H2SO4(aq) -> Na2SO4(aq) + H2(g) + Energy}\)

Tepkime Entalpisi

Maddeleri oluşturan taneciklerin titreşim, öteleme, dönme vb. hareketleri nedeniyle oluşan kinetik enerjileri ve tanecikler arası itme ve çekme kuvvetlerinden kaynaklanan potansiyel enerji, maddenin toplam enerjisini oluşturur.

Maddelerin sahip olduğu bu toplam enerjiye ısı kapsamı, potansiyel enerji, tepkime ısısı veya entalpi adı verilir. H harfi ile gösterilir.

Sabit basınç altında gerçekleşen bir tepkimede alınan ya da verilen ısı miktarına da entalpi adı verilir.

Entalpide meydana gelen değişim \(\Delta H\) ile gösterilir.

Bir tepkimenin entalpi değişimi;

Maddelerin fiziksel hallerine,
Ortam sıcaklık ve basıncına,
Madde miktarına bağlıdır.

Ancak aşağıdaki faktörlere bağlı değildir.

İzlenen yola,
Katalizöre.

Tepkimelerde açığa çıkan ısı miktarı ya da harcanan ısı miktarı daima pozitiftir. Fakat entalpi değişimi pozitif veya negatif olabilir.

Entalpi bir hal fonksiyonu olduğu için miktarı doğrudan ölçülemez. Ancak sistemin ilk ve son halleri arasındaki entalpi farkı ölçülebilir. Bu nedenle entalpi değişiminden \((\Delta H)\) söz edilir. Bir tepkimenin entalpi değişimi aşağıdaki formül ile hesaplanır.

\[\Delta H = \sum{\Delta H_{products} - \sum{\Delta H_{inputs}}} \]

Endotermik Tepkime

\(\ce{A + 393kJ -> C + D}\)
\(\Delta H\) değeri "+393kJ" dir.
\(\Delta H > 0\) (işaret pozitiftir.)
Endotermik tepkimelerde tepkimenin başlaması ve devam edebilmesi için ısı gereklidir. Dışarıdan ısı verilmezse tepkime devam etmez. Bu nedenle endotermik tepkimeler genellikle istemsizdir (gerçekleşmek istemez), kendiliğinden gerçekleşmez.

Ekzotermik Tepkime

\(\ce{X + Y -> Z + 240kJ}\)
\(\Delta H\) değeri "-240kJ" dir.
\(\Delta H < 0\) (işareti negatiftir.)
Ekzotermik tepkimeler genellikle istemlidir (gerçekleşmek ister). Tepkime gerekli enerjiyi aldıktan sonra kendiliğinden devam eder.

Oluşum Entalpisi/Isısı

1 mol bileşiğin elementlerinden oluşması sırasında meydana gelen entalpi değişimine o bileşiğin molar oluşum entalpisi denir.

\(\Delta H_f^\degree\) ile gösterilir.

Standart şartlarda (25 derece ve 1 atm) elementlerin bulunduğu fiziksel hallerin oluşum entalpileri sıfır (zaten varlardı, biz oluşturmadık) kabul edilerek bileşiklerin standart oluşum entalpileri belirlenmiştir.

\(\ce{S(k) + 3/2O2(g) -> SO3(g)}, \quad \Delta H_f^\degree = -395,7kJ/mol\)
\(\ce{2Fe(k) + 3/2O2(g) -> Fe2O3(k)}, \quad \Delta H_f^\degree = -824kJ/mol\)

Bir tepkimenin entalpi değerinin molar oluşum entalpisi olması için;

Girenlerde sadece standart koşullarda elementler olmalıdır.
\(\ce{NO(g) + 1/2O2(g) -> NO2(g), \quad\Delta H\degree=-57kJ/mol}\quad\text{(Yanlış)}\)
Tepkime sonucunda 1 mol bileşik oluşmalıdır.
\(\ce{H2(g) + Cl2(g) -> 2HCl(g), \quad\Delta H\degree=-92kJ/mol}\quad\text{(Yanlış)}\)

Yukarıdaki tepkimelerin entalpi değişimi oluşum entalpisi değildir.

Elementlerin en kararlı doğal hallerindeki standart oluşum entalpisi sıfır kabul edilir.

Örneğin: 25 derece ve 1 atm de \(O_2\) için \(\Delta H_f^\egree\) 0 iken, ozon \((O_3)\) için bu değer sıfır değildir.

Grafitin 25 derecede oluşma entalpisi sıfırdır, ancak elmasın oluşma entalpisi sıfır değildir.

Aynı maddenin farklı fiziksel hallerinin potansiyel enerjileri birbirinden farklı olduğundan oluşum entalpileri de birbirinden farklıdır.

\(\ce{H2(g) ^ 1/2O2(g) -> H2O(k)},\quad \Delta H=-291,6kJ/mol\)
\(\ce{H2(g) ^ 1/2O2(g) -> H2O(s)},\quad \Delta H=-285,8kJ/mol\)
\(\ce{H2(g) ^ 1/2O2(g) -> H2O(g)},\quad \Delta H=-241,8kJ/mol\)

Bunun yanında oluşum entalpisine bakılacaksa, tepkimedeki giren elementlerin halleri standart şartlardaki halleri olmalıdır.

Bazı Olaylar İçin Entalpi Değişimlerinin Sınıflandırılması

Gerçekleşen olayın türüne göre entalpi değişimi adlandırılabilir.

Yanma Entalpisi

Bir maddenin oksijen gazı ile tepkimeye girmesi o maddenin yanması demektir.

Belirli sıcaklık ve basınçta bir maddenin yanması sonucunda gerçekleşen entalpi değişimine yanma entalpisi denir

Standart şartlarda 1 mol maddenin yanması için bu ifade standart molar yanma entalpisi olarak ifade edilir.
Yanma tepkimeleri büyük çoğunlukla ekzotermik tepkimelerdir.
Azotun yanması endotermiktir.

\[\ce{CH4(g) + 2O2(g) -> CO2(g) + 2H2O(g)}, \quad\Delta H=-890,4 kJ/mol \]

\[\ce{2Fe(k) + 3/2O2(g) -> Fe2O3(k)}, \quad\Delta H=-824,2 kJ/mol \]

Yukarıdaki formülde demirin yanması molar yanma entalpisi değildir, çünkü 2 mol demir yanmış ve 824,2 kJ/mol enerji açığa çıkmıştır.
Demirin molar yanma entalpisi (1 mol için), bunun yarısı yani 412,1 kJ dir..

\[\ce{N2(g) + 1/2O2(g) -> NO2(g)}, \quad\Delta H=+33,18 kJ/mol \]

Nötralleşme Entalpisi

Belirli sıcaklık ve basınçta bir asit ya da bazın nötralleşmesi sonucunda gerçekleşen entalpi değişimine nötralleşme entalpisi denir.

Standart şartlarda 1 mol bileşiğin nötralleşmesi sonucundaki entalpi değişimi için bu ifade standart molar nötrleşme tepkimesi olarak ifade edilir.

\[\ce{HCl(suda) + NaOH(suda) -> NaCl(suda) + H2O(s)}, \quad\Delta H=-57 kJ/mol \]

\(HCl\) ve \(NaOH\)'unn molar nötralleşme entalpisi: \(-57kJ/mol\)

\[\ce{H2SO4(suda) + 2NaOH(suda) -> Na2SO4(suda) + 2H2O(s)}, \quad\Delta H=-114 kJ/mol \]

\(H_2SO_4\)'ün molar nötralleşme ısısı: -114 kJ/mol dür.
\(NaOH\)'un ise tepkimede 2 mol bulunduğu için molar nötralleşme ısısı -57 kJ/mol dür.

Çözünme Entalpisi

Belirli sıcaklık ve basınçta bir maddenin çözünmesi sırasında gerçekleşen entalpi değişimine çözünme entalpisi denir.

Çözünme olayları endotermik veya ekzotermik olabilir. Yani çözünme ısısı pozitif veya negatif değer alabilir.

\[\ce{NaCl(k) -> Na+(suda) + Cl-(suda)}, \quad\Delta H = +6kJ/mol \]

Erime ve Buharlaşma Entalpileri

Belirli sıcaklık ve basınçta;

Bir katının erimesi sırasında gerçekleşen entalpi değişimine erime entalpisi denir.
Bir sıvının buharlaşması sırasında gerçekleşen entalpi değişimine buharlaşma entalpisi denir.

Erime ve buharlaşma olayları endotermiktir, yani entalpileri pozitif değerdir.

\[\ce{H2O(k) -> H2O(s)}, \quad\Delta H =+6,02 kJ/mol \]

\[\ce{H2O(s) -> H2O(g)}, \quad\Delta H = +43,9 kJ/mol \]

Donma ve Yoğuşma Entalpileri

Belirli sıcaklık ve basınçta;

Bir sıvının donması sırasında gerçekleşen entalpi değişimine donma entalpisi denir.
Bir gazın yoğuşması sırasında gerçekleşen entalpi değişimine yoğuşma entalpisi denir

Donma ve yoğuşma olayları ekzotermiktir, yani entalpileri negatif değerdir.

\[\ce{H2O(s) -> H2O(k)}, \quad\Delta H = -6,02 kJ/mol \]

\[\ce{H2O(g) -> H2O(s)}, \quad\Delta H = -43,9 kJ/mol \]

Questions

Details