TERMOKİMYA

Hazırlayanlar(10.Grup);
Nejmettin BİLGEN
Mustafa AKAR
H.Hakan YÜREK
Berçin TEKER .

Termokimya Nedir?

Kimyasal bir tepkime sırasında enerji soğurulur yada açığa çıkarılır. Bu enerji değişimleri ile ilgili hesaplamalar, tepkimeye giren maddelerin kütleleri ile ilgili yapılan hesaplamalar kadar önemlidir. Kimyanın, kimyasal veya fiziksel değişmeler ile açığa çıkan veya soğurulan ısıyı, diğer bir deyişle ısı değişimlerini inceleyen dalına termokimya denir.

ENERJİ KAYNAĞI YAKITLAR

Termokimyasal ölçümler ve hesaplamaların en büyük yararlarından biri, maddelerin enerji kaynağı olarak kullanılıp kullanılamayacağının değerlendirilebilmesidir. Yakıt adı verilen bu maddelerin büyük bir bölümü yanmaları sırasında bol enerji verirler.

TEMEL KAVRAMLAR

Evren, doğanın tümünü kapsar. İnceleyebildiğimiz evren parçasına sistem, sistemin içinde bulunduğu koşullara da çevre diyoruz. Sistemler açık, kapalı ve yalıtılmış olmak üzere üçe ayrılır. Sistem ile çevre arasındaki ilişkiler enerji ve madde alış verişine dayanır.

Sistemler ve Çeşitleri

a) Açık sistem: Sistemle çevresi arasında hem madde, hem de enerji alış verişi mümkün olan sistemlerdir. Bir beherdeki sıcak kahve çevresine ısı verir ve soğur. Madde geçişi de su buharı şeklinde olur.

b) Kapalı sistem: Sistemle çevresi arasında madde alışverişi mümkün değildir ancak enerji alış verişi mümkün olan sistemlerdir . Ağzı kapalı bir erlen çevresine ısı verir ve soğur. Çevreye su buharı geçişi mümkün değildir.

c) Yalıtılmış Sistem: Sistemle çevresi arasında ne enerji, ne de madde alışverişi vardır. Bir termostattaki sıcak kahve yaklaşık yalıtılmış bir sistemdir. Bununla birlikte, termostan yavaş yavaş enerji geçer ve kahve zamanla oda sıcaklığında soğur.

İç Enerji

Her madde, kendi yapısı ve fiziksel halinden ötürü, bir miktar enerji içerir ve her kimyasal reaksiyona bir enerji değişimi eşlik eder. Bir maddenin sahip olduğu enerji; durumundan ileri gelen potansiyel ve kinetik enerjilerinin toplamı olup, bu toplam enerjiye o maddenin iç enerjisi denir.

İç Enerji Değişimi

Bir gazın belirli bir sıcaklıkta belirli bir iç enerjisi vardır. Eğer bu gaz ısıtılırsa, moleküllerinin kinetik ve potansiyel enerjisi artar ve sistem daha yüksek bir enerji (E2) düzeyine ulaşır. Bu iki enerji düzeyi arasındaki fark, (▲E = E2 – E1) iç enerji değişimidir.

Her şeyden önce, bir sistemin ısı yada iş şeklinde enerji içermediğini anlamalıyız. Isı ve iş, sistemin ;çevresi ile enerji alıverişinde bir araçtır. Isı ve iş yalnızca bir değişim durumunda ortaya çıkar. Sistemde bulunan enerji iç enerji, E’dir. Bu enerji (kinetik ve potansiyel enerjinin toplamı) kimyasal bağlar, moleküller arası çekimler, moleküllerin kinetik enerjisi ve benzeri île ilgili enerjilerin toplamıdır.

TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI

Isı (q), iş (w) ve iç enerjideki değişmeler (∆E) arasında ilişki enerjinin korunumu yasası ile verilir. Bu yasa aynı zamanda termodinamiğin birinci yasasıdır.

∆E=q+w

ÖRNEK KALORİ kalori, 1 gram suyun sıcaklığını 14,5 oC den 15,5 oC ye yükseltmek için gerekli olan ısı miktarı olarak tanımlanmaktadır. Kalori, suyun özgül ısısı cinsinden belirtilmiştir. Sıcaklık değiştikçe suyun özgül ısısı kısmen değiştiğinden bir derecelik sıcaklık aralığı belirlenmelidir.

Bağ Enerjisi

En düşük enerji durumunda (genellikle oda sıcaklığında) bulunan gaz halindeki bir madde moleküllerinin, 1 molünde bulunan bütün bağların koparılması için gerekli enerji olarak tanımlanır.
Bağ enerjilerinin ortalama değerleri, kimyasal reaksiyonların ısı değişimlerinde kullanılabilir. Çünkü, reaksiyonlarda görülen enerji (ısı) değişimi,bağların koparılması ve yeni bağların oluşması sonucudur.

Bazı Bağ Enerjilerinin Ortalama Değerleri

Reaksiyon Isılarının Ölçülmesi

Termodinamiğin birinci yasası, kimyasal reaksiyonlar için uygulanıyorsa termokimya olarak adlandırılır. Termokimyada, kimyasal reaksiyonlarda absorbe edilen veya dışarıya verilen ısının ölçülmesi ve hesaplanması ile ilgilenilir. Kimyasal değişmelerle birlikte olan ısı etkilerini ölçmek için kalorimetre olarak isimlendirilen aygıtlar kullanılır.

KALORİMETRE

Kalorimetre, iyi izole edilmiş bir kabın içindeki ağırlığı bilinen miktarda suya batırılmış olan ve tepkimenin oluştuğu, diğer bir kaptan ibarettir. Belli miktarda tepkimeye giren madde kullanılarak tepkime oluşturulur ve tepkime sırasında açığa çıkan ısı suyun ve kalorimetrenin sıcaklığını arttırır. Kalorimetrenin toplam ısı kapasitesi ve içeriği biliniyorsa bu sıcaklık artışından tepkime ile açığa çıkan ısı miktarı hesaplanabilir.
Yanma ısısı genellikle şekildeki gibi bir kalorimetre bombası kullanılarak belirlenir.
Tepkime Isısının Kalorimetre Verilerine Göre Belirlenmesi
Kuvvetli bir asitle kuvvetli bir bazın nötürleşmesi, H+(aq) ile OH'(aq) iyonlarının su vermek üzere oluşturduğu bir tepkimedir.
H+(ag) + OH-(aq) ——> H2O
Her ikisi de 21,1 °C da olan 100,0 mL 1,00 M HCl(aq) ve 100,0 mL 1,00 M NaOH(aq) çözeltisi kalorimetre kabına konuyor. Tepkime sonunda sıcaklığın 27,9 °C a yükseldiği görülüyor
Hesaplamalar
Kalorimetrenin yalıtılmış ve ısıyı soğuracak suyun 200,0 mL olduğunu kabul ediniz.

Qkal = 200,0 mL x1,00×4,18x (27,9-21,1)ºC= 5,7×103 J

Qnöt=-5,7kJ / 0,100 molH2O= -57kJ bulunur.
Not; Sonuç negatif olduğundan, tepkime ekzotermiktir.

Isı Kapsamı (Entalpi)

Bir maddenin oluşması sırasında depo ettiği enerjinin ölçüsüdür.

Bir kimyasal reaksiyonun ısı bilançosu ise, ürünlerin ısı kapsamı ile reaksiyona giren maddelerin ısı kapsamı arasındaki fark ile belirlenir.

Ekzotermik ve Endotermik Reaksiyonlar

Endotermik : Bir reaksiyonda reaktiflerin ısı kapsamı (entalpisi), ürünlerin ısı kapsamından küçükse, fark kadar enerji, reaksiyonun oluşması için dışarıdan alınır. Dışarıdan ısı alarak gerçekleşen bu tür reaksiyonlara endotermik reaksiyonlar denir.
Ekzotermik: Reaksiyona katılan reaktiflerin ısı kapsamı, ürünlerin ısı kapsamından büyükse, fark kadar enerji dışarı salınır. Dışarıya ısı salarak gerçekleşen bu tür reaksiyonlara ekzotermik reaksiyonlar denir.

Bağların Kırılması ve Oluşma Entalpisi

Kimyasal reaksiyonda bağlar koparılır ve yeni bağlar oluşturulur. Bu şekilde reaksiyona girenler parçalanırken, ürünler oluşturulur.
ÖRNEK

∆H’IN DOLAYLI YOLDAN BELİRLENMESİ: HESS YASASI

Entalpi kavramının çok yararlı olmasının nedenlerinden biri, az sayıda ölçümler yapılarak çok sayıda tepkime ısısının hesaplanmasında işe yaramasıdır. Bunu yaparken entalpi değişinimin üç ayrı özelliğinden yararlanılır. Şimdi bu üç özelliği görelim.
1)∆ H Bir Kapasite Özelliğidir.
N0(g) gazının oluşmasındaki entalpi değişimini göz önüne alınız.
N2(g)+02(g)→2 N0(g) ΔH = 180,50 kJ
Bir mol N0(g) başına entalpi değişimini belirtmek için bütün kat­sayılar ve ∆H değeri ikiye bölünür.
½N2(g)+½02(g)→NO(g)
∆H=½ x 180,50 = 90,25 kJ
Entalpi değişimi sistemdeki madde miktarı ile doğru orantılıdır
2) Tepkime Tersine Döndüğunde ∆H in İşareti Değişir.
Buna göre, bir mol N0(g) in bozunması için,
½N2(g)+½02(g)→NO(g) ∆H=+90,25kJ

NO(g)→½ N2(g)+½O2(g) ∆H=-90,25kJ
3)Hess’in Tepkime Isılarının Toplanabilirliği Yasası.
N02 nin N2(g) ve O2(g) dan oluşmasındaki entalpi değişimini bulabilmek için
½N2 + O2→NO2 ∆H=?
Tepkimenin iki basamak üzerinden yürüdüğünü düşünebiliriz: Önce NO (g) ve sonra NO2(g) oluştuğunu varsayalım. Bunların oluşma eşitliklerini toplarsak, istenen eşitliği elde ederiz. Ayrıca, tepkimenin entalpi değişimini bulmak için, bu basamakların entalpi değişimlerini de toplarız.

ÖZGÜL ISI ve ISI KAPASİTESİ

Bir maddenin özgül ısısı, bu maddenin 1g’ının sıcaklığını 1 oC yükseltmek için gerekli olan ısı miktarı olarak tanımlanır.

Isı kapasitesi: Herhangi bir maddenin ısı kapasitesi (c), bu maddenin belirli bir kütlesinin sıcaklığını 1 oC yükseltmek için gerekli olan ısı miktarıdır.
.
Madde kütlesi, sıcaklık değişimi ısı miktarı arasındaki bağıntı:
Isı miktarı=q=madde kütlesi x özgül ısı x sıcaklık farkı
(ısı kapasitesi)

Q= m x c x ΔT

Eşitlik de sıcaklık farkı ΔT = TS – Ti
şeklinde ifade edilir.

ENERJİNİN KORUNUMU YASASI

Isı enerjisinin hesaplanmasında kullanılan diğer bir kavram enerjinin korunumu yasasıdır: Sistem ve çevresi arasındaki etkileşimlerde toplam enerji sabit kalır. Bu yasa aşağıdaki biçimde formüllendirilebilir.

qsistem + qçevre = O

AKTİVASYON ENERJİSİ
SORULAR
TEŞEKÜRLER

…