Kimya I · 6. Ünite: Termokimya
Entalpi ve Entalpi Değişimi
Laboratuvarda tepkimelerin çoğu kapalı bir kapta değil, açık havada yani sabit atmosfer basıncında yürür. Bu koşulda sisteme verilen ısı yalnızca iç enerjiyi değil, genleşme işini de karşılar; bu yüzden $q_P \neq \Delta U$ olur. Bu konuda iç enerjiye $PV$ terimini ekleyerek entalpiyi (enthalpy, $H = U + PV$) tanımlayacak, $\Delta H = q_P$ olduğunu türetecek, $\Delta H$ ile $\Delta U$ arasındaki $\Delta n_g RT$ farkını bulacak, termokimyasal denklemlerin kurallarını ve bağ entalpilerinden yaklaşık $\Delta H$ tahminini öğreneceksin. 6-1'deki $q$, $w$ ve $\Delta U = q + w$ bilgisi burada hazır varsayılır.
Öğrenme hedefleri
- Entalpiyi $H = U + PV$ olarak tanımlar ve sabit basınçta $\Delta H = q_P$ olduğunu $\Delta U = q + w$ ve $w = -P\Delta V$ ile türetir.
- $\Delta H = \Delta U + \Delta n_g RT$ bağıntısını kullanarak $\Delta H$ ile $\Delta U$ arasında dönüşüm yapar ve işaretini önceden tahmin eder.
- Ekzotermik ve endotermik süreçleri $\Delta H$ işaretinden ve entalpi diyagramından ayırt eder.
- Termokimyasal denklemi yorumlar: katsayıyla ölçekler, ters yazıldığında işaret değiştirir ve hâl simgelerinin neden zorunlu olduğunu açıklar.
- Verilen madde miktarı için açığa çıkan veya soğurulan ısıyı stokiyometri ile hesaplar; hâl değişimi entalpilerini ($\Delta H_{\text{buh}}$, $\Delta H_{\text{erime}}$) uygular.
- Bağ entalpilerinden $\Delta H \approx \sum D_{\text{kırılan}} - \sum D_{\text{oluşan}}$ tahmini yapar ve sonucun yaklaşık olduğunu yorumlar.
Konu anlatımı
1. Bağlam: Neden Sabit Basınç İçin Yeni Bir Fonksiyon?
2. Entalpinin Tanımı ve $\Delta H = q_P$ Türetmesi
3. Tepkime Entalpisi, Termokimyasal Denklem ve Entalpi Diyagramı
4. Çözümlü Örnekler: Isı, Stokiyometri ve $\Delta H$–$\Delta U$
5. Bağ Entalpilerinden Yaklaşık $\Delta H$ Tahmini
6. Sınır Durumları ve Simülasyona Köprü
7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Entalpi (Enthalpy), H
- $H = U + PV$ ile tanımlanan hal fonksiyonu; sabit basınçta ısı akışını izler.
- Entalpi değişimi (Enthalpy change)
- $\Delta H = H_{\text{son}} - H_{\text{ilk}}$; sabit basınç ve yalnızca $PV$ işi altında $q_P$'ye eşittir.
- Ekzotermik (Exothermic)
- Sistemin çevreye ısı verdiği, $\Delta H < 0$ olan süreç.
- Endotermik (Endothermic)
- Sistemin çevreden ısı aldığı, $\Delta H > 0$ olan süreç.
- Termokimyasal denklem (Thermochemical equation)
- Denkleştirilmiş denklem, hâl simgeleri ve $\Delta H$ değerinden oluşur; katsayılar mol olarak okunur.
- Ekstensif özellik (Extensive property)
- Madde miktarıyla orantılı olan özellik; $\Delta H$ katsayıyla ölçeklenir.
- Bağ entalpisi (Bond enthalpy)
- Gaz hâlindeki bir mol bağı kırmak için gereken ortalama enerji; her zaman pozitif.
- Buharlaşma entalpisi (Enthalpy of vaporization)
- Bir mol sıvıyı sabit sıcaklık ve basınçta buhara çevirmek için gereken ısı.
- Standart hâl (Standard state)
- Saf maddenin $1\,\text{bar}$'daki, çözeltideki maddenin $1\,\text{M}$'daki referans hâli; $\Delta H^\circ$ bu koşulları belirtir.
Örnek soru
$\text{N}_{2(g)} + 3\,\text{H}_{2(g)} \rightarrow 2\,\text{NH}_{3(g)}$ tepkimesi için $\Delta H = -92{,}2\,\text{kJ}$'dür. $1{,}00\,\text{mol}$ $\text{NH}_{3(g)}$ oluşurken entalpi değişimi kaç kJ'dür?
- −184,4 kJ
- −92,2 kJ
- −46,1 kJ
- +46,1 kJ
- −23,1 kJ
Doğru cevap: C
Çözüm
1. Termokimyasal denklemde $\Delta H = -92{,}2\,\text{kJ}$, denklemin katsayılarıyla tepkime için verilir: $2\,\text{mol}$ $\text{NH}_3$ oluşumuna karşılık gelir.
2. $\Delta H$ ekstensiftir; $1{,}00\,\text{mol}$ $\text{NH}_3$ için yarısı alınır: $-92{,}2/2 = -46{,}1\,\text{kJ}$.
Cevap: −46,1 kJ (ekzotermik, ısı açığa çıkar).
−92,2 kJ çeldiricisi $\Delta H$'yi katsayıya bakmadan olduğu gibi almaktır; +46,1 işaret hatasıdır (oluşum ısı verir).