Entalpi Değişimi Hesaplama

ENTALPİ DEĞİŞİMİ

Entalpi

Sabit basınçta sistemin aldığı ya da verdiği ısıya entalpi denir. “H” ile gösterilir. Tepkimelerdeki entalpi değişimine (ΔH) tepkime entalpisi ya da tepkime ısısı denir.

Sabit basınçtaki sistemlerde;

Sistem enerji aldığında entalpi artar ve ΔH > 0 olur.

Sistem enerji verdiğinde entalpi azalır ve ΔH < 0 olur.

Sistemin entalpi değişimi ürünlerin entalpileri toplamı ile girenlerin entalpileri toplamı arasındaki farka eşittir.

• Isı alarak gerçekleşen olaylardır.
• Erime, kaynama, süblimleşme ve bazı katıların suda çözünmesi
• Analiz (Ayrıştırma) tepkimeleri
• Bağ kopması
• Elektron kopması
• Elektroliz
• Atomun uyarılması
• Ürünlerin ısı kapsamı, girenlerin ısı kapsamından büyüktür.
• ΔH > O’dır.
• Sistemin iç enerjisi zamanla artar.
• Başlangıçtan sonra kendiliğinden yürümez.
• Tepkimenin devam edebilmesi ve olayın sonlanması için dışarıdan enerji verilmesi gerekir.
• ΔH = Ea1 – Ea2 farkından da hesaplanabilir.

Ekzotermik Olaylar

• lsı vererek gerçekleşen olaylardır.
• Donma, yoğuşma, kırağılaşma, gazların ve bazı katıların suda çözünmesi
• Bağ oluşumu
• Nötr bir atomun elektron alması
• Asit — baz tepkimeleri (nötrleşme)
• Pil tepkimeleri
• Çekirdek tepkimeleri
• Yanma tepkimeleri (Azotun yanması hariç)
• Ürünlerin ısı kapsamı girenlerinkinden küçüktür.
• ΔH < O’dır.
• Sistemin iç enerjisi zamanla azalır.
• Tepkime başladıktan sonra kendiliğinden devam eder.

Tepkime Entalpisine Etki Eden Faktörler

1. Madde Cinsi:Tepkimelerin kendilerine ait bir tepkime entalpisi vardır. Tepkimeye giren ve tepkime sonunda oluşan maddeler değişirse entalpi de değişir.

2. Fiziksel Hâl: Tepkimedeki maddelerin fiziksel hâllerinin değişmesi tepkime entalpisini de değiştirir.

3. Madde Miktarı: Tepkimeye giren ve tepkime sonunda oluşan maddelerin miktarları değişirse tepkime eltalpisi de aynı oranda değişir.

4. Tepkime Koşulları: Tepkimenin gerçekleştiği sıcaklık ve basınç koşullarının değişmesi tepkime entalpisini değiştirir. 25 ⁰C ve 1 atm’de ölçülen tepkime entalpisine standart tepkime entalpisi denir. ΔH^o ile gösterilir.

Standart Oluşum Entalpisi:25 ^oC ve 1 atm’de 1 mol bileşiğin elementlerinden oluşumu sırasında alınan ya da verilen ısıya denir.

Hess Yasası

Germain Hess tarafından geliştirilen yasaya göre, kimyasal tepkimelerde ürünler genellikle birkaç adımda gerçekleşir. Birden fazla tepkime ile gerçekleşen tepkimelerde ΔH değeri tepkimelerin entalpileri toplamına eşittir.

Bağ Enerjileri

İki atom arasındaki kimyasal bağı koparmak için gereken minimum enerjidir. Bağ kırılma entalpisi olarakda adlandırılır. Yani bir kimyasal bağı koparmak için gereken enerji, bağın oluşumu sırasında açığa çıkan enerjiye eşittir.

Kalorimetrik Yöntem ile ΔH’nin Hesaplanması

Fiziksel ve kimyasal tepkimelerde ısı değişimini hesaplamak için kalorimetre kabı kullanılır.

Şimdi bir cismin iç enerji değişimini hesaplayabilmek için ona q kadarlık ısı verdiğimizi (örneğin bir elektrik devresindeki bir direncin birim zamanda ne kadar ısı verdiğini biliriz.) veya bir reaksiyon sonucu q kadarlık ısı açığa çıktığını (çıkan ısı yardımıyla bir cismin örneğin suyun sıcaklık değişimininden yararlanabiliriz.) varsayalım. Isı verdiğimiz sistemin sıcaklığının dT kadarlık bir değişim gerçekleşirken, bu değişimi gerçekleştiren ısı miktarının dq kadar olduğunu görürüz. dT ile dq arasında doğrusal bir ilişki olduğundan;
dq = CdT
yazabiliriz. Buradaki C ısı kapasitesi olarak adlandırılır ayrıca buradaki ısı q sabit hacimde meydana geldiğinden q_v olarak da adlandırılır. (Örnek 1)
İç enerji değişimi için bu nedenle;

yazabiliriz. Buradaki C_v işlemin sabit hacimde yapıldığını ve herhangi bir iş katkısının bulunmadığını gösterir.

Eğer sistemdeki olaylar sabit bir dış basınca karşı gerçekleşirse bir başka söyleyişle, sistemin hacmi değişiyorsa dıştan verilen ısının bir kısmı ise bir iş yapılmasında kullanılacaktır. Bu nedenle böyle bir sistemde verilen ısı miktarı ile içi enerji arasında dU < dq ilişkisi söz konusu olacaktır. Bu gibi durumlar için; sabit bir dış basınca karşı harcanan ısı ile ilişkili olan bir başka termodinamik özellik olarak adlandıracağımız entalpi değerinden söz edeceğiz. Entalpi, H, için;
H = U + PV
Olarak ifade edilebilir. Buradaki P sistemin basıncıdır ve PV herhangi bir sistem için entalpiyi belirleyen bir kısımdırdır. Herhangi bir hal fonksiyonu olarak herhangi bir başlangıç ve son hal arasındaki entalpi değişimi izlenen yoldan bağımsızdır.

Şimdi dH büyüklüğünün; herhangi bir ilave iş olmaksızın bir sistemin sabit basınçtaki ısı değişimine eşit olduğunu göstermeye çalışalım. Böyle bir durum için;
dH = dU + d(PV)
dU = dq_v + dW_genleşme - P_dışdV
olduğundan;
dH = dq_v + dW_genleşme - P_dışdV + PdV + VdP
ısı değişimi sabit basınçta (dP = 0) meydana geldiğinden;
dH = dq_v + PdV = dq_p
eğer gaz ideal ise; bir reaksiyondaki entalpi değişimi için;
DH = DU + Dn RT
yazabiliriz. Bu kez verilen ısı sistemin sıcaklığını artırmak yanında bir iş yapılması içinde kullanılmıştır. Buradaki q_p ısının sabit bir basınçta verildiğini gösterir. Örneğin bir açık bir kap içerisindeki suya elektrikli bir ısıtıcı daldırılmış ve 36 Kj luk bir enerji verilmişse, suyun entalpisi 36 KJ artmıştır (DH = +36 KJ) diyebiliriz.

Yukarıda iç enerjinin hesaplanması için verilen ısı ve sistemin sıcaklık artışından yararlanarak nasıl bir hesaplama yapabilceğimizden bahsetmiştik. Şimdi benzer bir yol kullanarak entalpi değişiminin nasıl hesaplanabilceği üzerinde durmaya çalışalım. Yukarıda iç enerji değimimini hesaplarken herhangi bir iş katkısı olmaksızın verilen ısı q nun sıcaklık T yi değişimini göz önünde bulundurmuştuk. Oysa şimdi ısıyı verirken sistemin üzerindeki basıncın sabit olması gerektiğini düşünmeliz. Başka bir deyişle olay verilen ısı iş yapılmasında da kullanılacaktır. Bu nedenle her ik değerin DU ve DH değerleri birbirlerinden farklı olacaklardır. sabit basınç veya sabit hacimdeki hesaplamaların herbiri için farklı bir spesifik ısı olması zorunluluğunu getirir. Örneğin; sabit basınçta sistemdeki ısı farkı dq bir ısı farklılığı meydana gelirken, sıcaklık artışı DT kadar değişmişse sistemin spesifik ısısı için;
C_p = dq /dT
yazılabilir. Buradaki C_p; sabit basınçtaki spesifik ısıdır. Buradan;

yazılır.(Örnek 1, 2, 3)

E l e k t r o n i k    K a y n a k l a r

Joule's Law

Joule's Mechanical Equivalent of Heat Apparatus

Joule's Equivalent

James Prescott Joule (1818 - 1889)