Enerji Ders Notu

Sistem, Çevre ve Enerjinin Korunumu

Evrenin incelenmek üzere seçilen bölümüne sistem, sistem dışında kalan ve sistemle etkileşen bölüme çevre denir. Isı alışverişi sistem ile çevre arasında gerçekleşir.

Termodinamiğin birinci yasasına göre enerji yok olmaz; yalnızca bir enerji türünden başka bir enerji türüne dönüşür. Evrenin toplam enerjisi sabittir.

Endotermik ve Ekzotermik Olaylar

Endotermik olayda sistem çevreden ısı alır. Sistemin enerjisi artar, çevrenin enerjisi azalır.

ΔH > 0

Ürünlerin enerjisi tepkenlerden yüksektir.

Erime, buharlaşma, süblimleşme, fotosentez ve elektroliz kitapta endotermik olaylara örnek verilir.

Ekzotermik olayda sistem çevreye ısı verir. Sistemin enerjisi azalır, çevrenin enerjisi artar.

ΔH < 0

Tepkenlerin enerjisi ürünlerden yüksektir.

Yanma, nötralleşme, bağ oluşumu, pil tepkimeleri, solunum, yoğunlaşma, donma ve kırağılaşma ekzotermik örneklerdir.

Günlük Yaşam Örnekleri

NH₄Cl'nin suda çözünmesi tıbbi soğutma paketlerinde kullanılır ve endotermiktir.

Sodyum asetatın kristalleşmesi ısı verir ve ekzotermiktir.

Fotoelektrik etkide elektronun atomdan kopması enerji gerektirir.

Termit tepkimesi yüksek miktarda ısı açığa çıkaran ekzotermik bir tepkimedir.

Enerji Kaynağı Olma Potansiyeli

Yakıtların değerlendirilmesinde:

• birim miktarın verdiği ısı,
• oluşturduğu atık,
• depolanması ve temini,
• çevreye etkileri

birlikte düşünülür.

Yaklaşık yanma ısıları:

• selüloz 17,5 kJ/g
• çam odunu 21,2 kJ/g
• taş kömürü 28,3 kJ/g
• izooktan 47,8 kJ/g
• metanol 22,7 kJ/g
• doğal gaz 49,5 kJ/g
• H₂ 142,9 kJ/g

H₂'nin yanması sonucu su oluşur ve CO₂ oluşmaz.

Besinlerin fizyolojik enerji değerleri:

• karbonhidrat 17 kJ/g
• yağ 38 kJ/g
• protein 17 kJ/g

Bağ Enerjisi

Gaz hâlindeki taneciklerde 1 mol bağı kırmak için gereken enerji bağ enerjisidir.

Bağ kırılması enerji alır. Bağ oluşumu enerji verir.

Bağ enerjisi yüksek olan bağ daha kararlıdır.

Örnek: N–N 163 N=N 418 N≡N 946 kJ/mol

Entalpi

Bir sistemin toplam enerjisi entalpi olarak ifade edilir ve H ile gösterilir.

Sabit basınç altında bir tepkimedeki ısı değişimi tepkime entalpi değişimidir.

Endotermik: ΔH > 0

Ekzotermik: ΔH < 0

Bağ Enerjisinden Tepkime Entalpisi

ΔH = Σ Kırılan bağ enerjisi − Σ Oluşan bağ enerjisi

Endotermik: Σ kırılan > Σ oluşan

Ekzotermik: Σ kırılan < Σ oluşan

Standart Oluşum Entalpisi

25 °C ve 1 atm'de bir maddenin elementlerinin en kararlı hâllerinden oluşumu sırasındaki entalpi değişimidir.

ΔH°f ile gösterilir.

Elementlerin en kararlı standart hâllerinin ΔH°f değeri sıfırdır.

Örnek: H₂(g), O₂(g), N₂(g), C(grafit) → 0

C(elmas) → +1,9 kJ/mol

Bileşiklerin ΔH°f değeri pozitif veya negatif olabilir.

Standart Tepkime Entalpisi

25 °C ve 1 atm'de gerçekleşen tepkimedeki enerji değişimidir.

ΔH°tepkime = ΣnΔH°f(ürünler) − ΣnΔH°f(tepkenler)

Tepkime katsayıları entalpi hesabında dikkate alınır. Denklem iki katına çıkarılırsa ΔH değeri de iki katına çıkar.

Tepkime Entalpisini Etkileyen Faktörler

Kitapta:

• sıcaklık,
• basınç,
• fiziksel hâl,
• madde miktarı

tepkime entalpisini etkileyen değişkenler olarak ele alınır.

Kısa Özet

Endotermik olayda sistem enerji alır ve ΔH pozitiftir; ekzotermik olayda sistem enerji verir ve ΔH negatiftir. Bağ kırılması enerji gerektirir, bağ oluşumu enerji verir. Bağ enerjileriyle ΔH, kırılan bağ enerjilerinden oluşan bağ enerjileri çıkarılarak hesaplanır. Standart tepkime entalpisi ise standart oluşum entalpilerinden ürünler eksi tepkenler modeliyle bulunur.