kimya-ve-enerji

KİMYA VE ENERJİ Termodinamik SİSTEM VE ORTAM Sistem Çevre(Ortam) Termo ısı demektir, dinamik ise hareket. Termodinamik ısı hareketini inceler Evren Olayların gerçekleştiği, üzerinde inceleme yapılan ve belirli sınırları bulunan yer Açık Sistem Sistemin dışında kalan her şey ortamı oluşturur Kapalı Sistem Sistem ve ortam birlikte evreni oluşturur. İzole Sistem Bulunduğu ortam ile hem madde hem de enerji alışverişi yapabilen sistemlerdir. insan İzotermal Sistem Bulunduğu ortam ile madde alışverişi yapmayan ancak enerji alışverişi yapan sistemdir. İzokorik Sistem İzobarik Sistem Ortamla madde ve ısı alışverişi bulunmayan sistemlere izole sistem denir. Sıcaklığı sürekli sabit tutulan sistemlerdir. Kombi, insan Hacmi sürekli sabit olan sistemlerdir. Düdüklü tencere Basıncı sürekli sabit olan sistemlerdir. İÇ ENERJİ VE SİSTEM İç Enerji Bir sistemi oluşturan tüm taneciklerin sahip olduğu kinetik enerjilerin, potansiyel enerjilerin, çekirdek enerjilerinin ve elektronik enerjilerinin toplamına iç enerji denir. U ile gösterilir. Kinetik Enerji Öteleme, dönme, titreşim ve yer değiştirme hareketlerinden kaynaklanır. Tek atomlu gazlar olan soy gazlar sadece öteleme hareketi yapar. Katılar sadece titreşim hareketi yaparlar. Çok atomlu gazlar ve sıvılar öteleme, dönme ve titreşim hareketi yaparlar. Potansiyel Bir cismin konumundan kaynaklanan enerjidir. Enerji İtme-çekme kuvvetlerinden, konumundan ve bileşiminden kaynaklanır. Isıl Enerji Moleküllerin hareketinden dolayı sahip oldukları enerjidir. Bir sistem ortamdan ısı aldığında iç enerji artar. Isısı artan taneciklerin hareketi de hızlanır. Bir sistem ısı kaybettiğinde iç enerji azalır. Tanecik hareketliliği azalır. İç enerji değişimi ∆U ile gösterilir. Aşağıdaki bağıntıyla hesaplanır. ∆U= Uson-Uilk ISI DEĞİŞİMİ VE İŞ Isı Sistem ve ortam arasında sıcaklık farkından dolayı aktarılan enerji. Sıcaklık farkınaMadde miktarınaMadde türüne bağlıdır. İş Sıcaklık farkı olmaksızın sistemle ortam arasında aktarılan enerji. Mekanik Bir kuvvetin belirli bir yol alırken yaptığı iştir. Enerji iş olarak aktarılıyorsa buna mekanik iş denir. iş İş(w)=kuvvet.yol Joule çalışmaları sonucunda ısının bir enerji türü olduğunu ve ısı ile mekanik işin birbirine dönüşebileceğini ispatladı.  Isı ve iş enerji türleridir ve birbirlerine dönüştürülebilir. (Enerjinin dönüşümü prensibi) 1 kal= 4,184 joule Sabit basınçlı sistemlerde Isı ve İş Sabit basınçta(izobarik) verilen ısı (Qp), sistemin iç enerjisindeki değişim ile yapılan işin toplamına eşittir. Qp=∆U+w Sabit hacimli sistemlerde ısı ve iş Sabit hacimli sistemlerde(izokorik) verilen ısı enerjisi sadece sistemin iç enerjisini arttırır. QV = ∆U *Sabit hacimli ve sabit basınçlı sistemlerde aynı sıcaklıkta ve aynı mollerde bulunan aynı gazın sıcaklıklarını eşit miktarda arttırmak için sabit basınçlı kaba daha fazla ısı verilmek zorundadır. Çünkü sabit basınçlı kaplarda verilen ısının bir kısmı iş için kullanılmaktadır. TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ KANUNU Enerjinin korunumu kanunudur.Enerji vardan yok, yoktan var edilemez. Enerji dönüştürülebilir. Bir olay gerçekleşirken sistem ve ortam arasında enerji alışverişi olur.Biri enerji verirken diğeri alır.Sistemin kaybettiğini ortam,ortamın kaybettiğini ise sistem alır. Evrenin enerjisi sabit kalır. Enerjinin değişim miktarı sabittir. Örneğin Sistemde azalan enerji miktarı ile ortamda artan enerji miktarı aynıdır. ∆Usistem=∆Uortam ∆Usistem+∆Uortam = ∆Eevren = 0 Bir kimyasal tepkimede sistemde meydana gelen enerji değişimi, ürünlerin iç enerjileri ile girenlerin iç enerjilerinin farkına eşittir. =∆U ∆Uürünler-∆Ugirenler Değişim sırasında toplam enerji korunuyorsa iç enerjideki değişim sistem ile ortam arasındaki yapılan ısı değişimi ve meydana gelen işin toplamına eşit olacaktır. ∆U=Q+w

KİMYA VE ENERJİ ENTALPİ Bir maddenin yapısında depoladığı bütün enerjilerin Sistemin iç enerjisiyle birlikte işi de içeren bir toplamına entalpi veya ısı kapsamı denir. kavramdır. H sembolü ile gösterilir. ∆H = ∆U + w Entalpi iç enerji ile basınç hacim çarpımının Sabit basınçlı bir ortamda entalpi değişimi ısı toplamına eşittir. değişimine eşit olacaktır. H = U + P.V Qp = ∆H Maddelerin yapısında atomları bir arada tutan ve Fiziksel ve kimyasal tepkimeler sonucu bu ısı ısı bağ kuvvetlerinden oluşan depolanmış bir potansiyel kapsamı yani entalpi değişir. Isı alınır veya verilir. Buna enerji bulunur. Bu enerji miktarına ısı kapsamı veya tepkime entalpisi veya tepkime ısısı adı verilir. entalpi denilmektedir. Tepkime entalpileri için ürünler ve girenlerin ∆H değerleri belirli sıcaklık ve basıçta ölçülmüştür. entalpileri arasındaki fark hesaplanır. Maddelerin fiziksel halleri ve miktarları ∆H ∆H = ∆Hürünler - ∆Hgirenler değerlerini değiştirir. ∆H işareti – veya + olabilir Ekzotermik reaksiyonlar Endotermik reaksiyonlar Ürünlerin toplam potansiyel enerjisi girenlerin Girenlerin toplam potansiyel enerjisi ürünlerin toplam potansiyel enerjisinden küçüktür. toplam potansiyel enerjisinden küçüktür. Maddelerin toplam potansiyel enerjileri azalır ve Maddelerin toplam potansiyel enerjileri artar ve bir açığa ısı çıkar miktar ısı harcanır. ∆H<0 ∆H=- ∆H>0 ∆H=+ C(k) + O2(g)  CO2 (g) + 94 Kj.mol-1 CaCO3(k) + 288 Kj.mol-1 CaO(k) + CO2 (g) BuharlaşmaSübllimleşmeErime Elektroliz DonmaKırağılaşmaYoğunlaşmaNötürleşme Ayrışma (analiz) tepkimeleriAtomların birinci Yanma olayları(N2 nin yanması hariç)Bütün iyonlaşma enerjileriAmetallerin ikinci ve daha gazların suda çözünmesiBağ oluşumuPil sonraki elektron ilgileriAzotun yanmasıKatı ve sıvıların suda çözünmesiBağ kırılması tepkimeleriBir çok sentez tepkimesiElementlerin birinci elektron ilgileri Kalorimetre Kimyasal tepkimelerin ısı değişimlerini gözlemlemek için özel olarak hazırlanmış düzeneklere kalorimetre denir. Reaksiyon yeterince hızlı olmalıdır.Tepkimeye giren maddeler tükenmelidir.Verim %100 e yakın olmalıdır.Yan ürün oluşmamalıdır.Oluşan maddeler birbirleriyle reaksiyona girmemelidir. Sabit basınç kalorimetresi Sabit hacim kalorimetresi Bir tane izole kap kullanılır. Bir çok yanma, İzole kabın içerisinde bulunan başka bir kabın nötralleşme tepkimelerinde kullanılır. içerisinine su banyosu yerleştirilmiştir. İç enerji Qp = ∆H hesaplanır. Standart Oluşum Entalpisi Qp = ∆U Bir mol bileşiğin standart şartlarda(1 atm ve 250C) elementlerinden oluşmasından elde edilen entalpiye denir.∆H0f olarak gösterilir.Elementler en kararlı fiziksel halinde bulunmalıdır. Bu durumdaki elementlerin standart oluşum entalpileri sıfır(0) kabul edilir. ∆H0 = ∑∆H0f(ürünler) - ∑∆H0f(girenler) Tepkime Entalpilerinin Toplanılabilirliği(Hess Prensibi) Ara basamaklardan oluşan bir tepkimenin entalpi değişimi, ara basamakların entalpi değişikliklerinin toplamına eşittir. Tepkimelerde gerçekleştirilen taraf tarafa toplamada entalpilerde toplanır. Tepkimeler katsayı ile çarpılırsa entalpilerde aynı katsayı ile çarpılır.Tepkimeler ters çevrilirse entalpiler üzerinde işaret değişimleri uygulanır. Bağ Enerjileri Moleküler bir gazın bir molünün atomlarını bir arada tutan bağı standart şartlarda kırmak için gerekli olan enerjidir. ∆H0B ile gösterilir. Bağların kırılması ve yeniden başka bağların oluşması arasında açığa çıkan enerjiye tepkimenin entalpi değişimi denilir. ∆H0 = ∑∆H0B(KIRILAN) - ∑∆H0B(OLUŞAN)

KİMYA VE ENERJİ İSTEMLİLİK Bazı olaylar kendiliğinden gerçekleşirken bazı olaylar ise dış etki ile gerçekleşir. İstemli olay İstemsiz olay Bir dış etkinin yönlendirmesi olmaksızın Bir dış etki ile gerçekleşen olaylardır. kendiliğinden gerçekleşen olaylardır. Futbol topunun yokuş yukarı yuvarlanması,pilin şarj Nemli havada demirin paslanması,nehirin denize edilmesi doğru akması,parfüm kokusunun yayılması Endotermik olayların hepsi istemsiz değildir. Ekzotermik olayların hepsi istemli değildir Sistemdeki enerji değişimine bakılarak istemli veya Sistemin düzensizliğine bakılarak kara verilir. istemsize karar verilemez Tersinir olay Tersinir olmayan olay Geri dönüşümlü olaylardır. Geri dönüşümü olmayan olaylardır ENTROPİ Kullanılamayan termal enerji bir olay sırasında işe dönüştürülemeyen termal enerjidir. Düzensizliği artan maddelerin kullanılamayan enerjilerindede artış olacaktır. Kullanılamayan termal enerji entropi ile ifade edilir ve S sembolüyle gösterilir. Birimi J.K-1 dir. Entropi değişimi ∆S ile gösterilir. Entropi artarsa ∆S>0 Entropi azalırsa ∆S<0 olur. Maddenin düzensizliği artarsa entropide artar. Erime, buharlaşma, süblimleşme, difüzyon, efüzyon, sıcaklığın artması, çözünme olaylarında ∆S>0 Donma, yoğunlaşma, geri süblimleşme, sıcaklığın düşmesi, çökelti oluşması olaylarında ∆S<0 Gerçekleşme olasılığı yüksek olan olayın entropisi daha yüksektir.Yani entropinin artması bir olayda olası olmayan durumdan olası olan duruma doğru gitmesidir. TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ KANUNU Çevremizde gerçekleşen olayların istemli olup olmadığı konusunda bize bilgi verir. Ortamın Entropi Değişimi Evrenin Toplam Entropi Değişimi Sistemde ekzotermik olay olduğunda ortama ısı Sistem ve ortamın entropisindeki değişim evrenin vereceği için ortamın entropisi artar. Bunun entropisinde de değişime neden olur. tersindede entropi azalır. Evrenin entropi değişimi (∆Sevren, ∆Stop) sistemin Sabit basınçtaki olaylarda ısı değişimi entalpi entropi değişimi ile ortamın entropi değişiminin değişimine eşittir.Bu durumda entropideki toplamına eşit olacaktır. değişimde(∆Sort) sistemin entalpi değişimi(∆Hsis) ile ∆Sevren = ∆Sort + ∆Ssis orantılıdır. ∆Sevren olayın kendiliğinden(istemli) olup olmayacağının bir göstergesidir. ∆Sort α ∆Hsis Termodinamiğin ikinci kanunu evrenin entropisi ile Ortamın sıcaklığı fazla ise ekzotermik tepkimelerde istemlilik arasındaki ilişkiyi açıklar. sistemin verdiği sıcaklık entropiyi fazla Her istemli olayda evrenin entropisi artar. Böylece etkilemez.Ancak ortamın sıcaklığı az ise verilen ısı ortamın entropisinde büyük değişikliğe sebep evren zaman içinde termodinamik bir dengeye ulaşır. olacaktır. ∆Sevren > 0 ise olay istemlidir. Dolayısıyla ortamın entropisi ortamın sıcaklığıyla ∆Sevren = 0 ise olay dengededir. ∆Sevren < 0 ise olay istemsizdir. ters orantılı olacaktır. ∆Sort TERMODİNAMİĞİN ÜÇÜNCÜ KANUNU Mutlak sıfır noktasında(0K ya da -273oC) bütün saf maddelerin mükemmel kristallerinin entropisi sıfırdır. Gerçekte hiçbir maddenin entropisi sıfır olamaz bu nedenle maddelerin sıcaklığı mutlak sıfıra düşürülemez. Standart Entropi Standart Entropi Değişimi Saf bir maddenin 1 molünün 250C sıcaklıkta ve 1 Bir tepkimede meydana gelen entopi değişimi atm basınçta sahip olduğu entropidir. So ile gösterilir. ürünlerin standart entropilerinin toplamı ile Gibbs Serbest Enerjisi girenlerin standart entropileri toplamı arasındaki farka eşittir. ∆So ile gösterilir. ∆Sotep = ∑ So(ürünler) - ∑ So(girenler) Maksimum Düzensizlik ve Minimum Enerjiye Eğilim Evrendeki entopi değişimi ortamdan bağımsız Fiziksel veya kimyasal olayların evrendeki entropiyi sadece sisteme bağımlı olarak hesaplanabilir. Gibbs yani düzensizliği arttırma yönündeki isteğine tarafından bulunan bu serbest enerji ∆G ile gösterilir. Maksimum enerjiye eğilim denir.Bu tepkimelerde İş yapmaya hazır enerji anlamına gelir. entropi sıfırdan büyüktür. ∆S>0 Standart koşullarda gerçekleşen kimyasal Fiziksel veya kimyasal olaylarda bir sistemin tepkimelerde serbest enerji değişimlerine tepkime enerjisini azaltma isteğine minimum enerjiye eğilim standart serbest enerjisi denir. ∆Go la gösterilir. denir. Sistem enerji kaybettiğinden ∆H < 0 olur. Bu iki durum kıyaslanarak istemlilik hakkında ∆Go = ∆Hosis – T. ∆Ssis yorum yapıla bilir. ∆G < 0 ise olay istemlidir. Kendiliğinden gerçekleşir. ∆G = 0 ise sistem dengededir. Bu iki eğilim zıt ve birbirine baskın değilse sistem ∆G > 0 ise olay istemsizdir. Kendiliğinden olmaz. dengededir. Birisi baskınsa tepkime o yönde istemlidir. İkisi de aynı yönlü ise istemlilik artar.

KİMYA VE ENERJİ