Kimyasal Tepkimelerde Enerji
Ekzotermik ve endotermik tepkimeler, entalpi, standart oluşum entalpisi, termokimyasal denklemler, Hess yasası, bağ enerjileri, kalorimetre ve potansiyel enerji diyagramları.
- Sistem ve ortam kavramlarını; ekzotermik ve endotermik olayları örnekleriyle ve entalpi değişiminin işaretiyle ayırt etmeyi
- Termokimyasal denklemleri okumayı; ΔH'nin katsayılarla orantılı olduğunu ve denklem ters çevrilince işaret değiştirdiğini kullanmayı
- Standart oluşum entalpisini tanımlamayı ve oluşum entalpilerinden tepkime entalpisini hesaplamayı
- Hess yasasıyla verilen denklemleri toplayarak istenen tepkimenin ΔH değerini bulmayı
- Bağ enerjilerinden ΔH hesaplamayı; açığa çıkan ya da alınan ısıdan madde miktarını bulmayı ve kalorimetre hesabı yapmayı
- Potansiyel enerji diyagramında ileri ve geri aktifleşme enerjisini ve ΔH'yi okumayı
Sistem, ortam ve ısı alışverişi
Bir tepkimenin enerjisini konuşabilmek için önce neyi incelediğimizi belirlememiz gerekir. İncelemek için seçtiğimiz evren parçasına sistem, sistemin dışında kalan ve onunla etkileşen her şeye ortam denir. Bir deney tüpünde hidroklorik asit ile sodyum hidroksit çözeltilerini karıştırdığımızda sistem tüpteki maddelerdir; tüpün camı, tüpü tutan elimiz ve odadaki hava ortamdır. Sistem ile ortam arasında madde ve enerji alışverişi olabilir. Ağzı açık bir kap hem madde hem enerji alışverişi yapar ve açık sistem adını alır. Ağzı kapalı bir kap madde alışverişine izin vermez ama ısıyı geçirir; buna kapalı sistem denir. İyi yalıtılmış ve kapalı bir termos ise ne madde ne de ısı alışverişi yapar; buna yalıtılmış (izole) sistem denir.
Kimyasal tepkimelerde eski bağlar kırılır, yeni bağlar oluşur. Bağ kırmak enerji ister, bağ oluşurken enerji açığa çıkar. Bu iki enerji hiçbir zaman tam olarak eşit olmadığı için her tepkime ortamla bir miktar enerji alışverişi yapar. Bu enerjinin büyük kısmı ısı olarak alınır ya da verilir. Isı her zaman sıcak olandan soğuk olana akar; tepkime ortama ısı verirse ortamın sıcaklığı yükselir, ortamdan ısı alırsa ortamın sıcaklığı düşer. Elimizdeki tüpün ısındığını hissetmemiz, sistemin ortama (elimize) ısı verdiğini gösterir.
Ekzotermik ve endotermik olaylar
Ortama ısı veren olaylara ekzotermik (ısı veren), ortamdan ısı alan olaylara endotermik (ısı alan) olaylar denir. Günlük hayattaki örneklerin çoğunu sezgiyle sınıflandırabiliriz. Yanma tepkimelerinin hepsi ekzotermiktir: ocaktaki doğal gaz, mangaldaki kömür ve otomobil motorundaki benzin ortama ısı verir. Asit ile bazın nötrleşmesi ekzotermiktir. Demirin paslanması yavaş ama ekzotermik bir oksitlenmedir; el ısıtıcı paketlerinin bazıları demir tozunun hızlandırılmış oksitlenmesiyle çalışır. Solunumda besinlerin oksijenle tepkimesi de vücudumuza enerji verir.
Endotermik olaylar ise sürekli enerji verilmedikçe yürümez. Suyun elektrolizle hidrojen ve oksijene ayrışması için elektrik enerjisi harcanır. Kireç taşının (\(\text{CaCO}_3\)) kalsiyum oksit ve karbon dioksite ayrışması ancak yüksek sıcaklıkta, ısı verilerek gerçekleşir; kireç fırınlarının yakıt tüketmesinin nedeni budur. Havadaki azot ile oksijen normal sıcaklıkta tepkimeye girmez; yıldırım çakarken ya da motorun silindirindeki yüksek sıcaklıkta \(\text{NO}\) oluşur ve bu tepkime ısı alır. Bitkilerin karbon dioksit ve sudan glikoz ürettiği fotosentez de güneş enerjisini kullanan endotermik bir süreçtir. Spor yaralanmalarında kullanılan soğuk paketlerde amonyum nitratın suda çözünmesi ortamdan ısı alır ve paket soğur.
Hal değişimlerinde enerji yönünü tanecikler arası etkileşimler belirler. Tanecikleri birbirinden uzaklaştıran değişimler çekim kuvvetlerini yenmek için enerji ister; tanecikleri yaklaştıran değişimler enerji verir.
| Endotermik (ısı alan) | Ekzotermik (ısı veren) |
|---|---|
| Erime (katı → sıvı) | Donma (sıvı → katı) |
| Buharlaşma (sıvı → gaz) | Yoğuşma (gaz → sıvı) |
| Süblimleşme (katı → gaz) | Kırağılaşma (gaz → katı) |
| Bağ kırılması | Bağ oluşumu |
| Elektroliz, \(\text{CaCO}_3\)'ün ayrışması, \(\text{N}_2\) ile \(\text{O}_2\)'nin tepkimesi, fotosentez | Yanma, nötrleşme, paslanma, solunum |
Entalpi ve entalpi değişimi
Sabit basınçta bir sistemin içerdiği toplam ısı enerjisine entalpi denir ve \(H\) ile gösterilir. Bir maddenin entalpisinin mutlak değeri ölçülemez; ölçülebilen ve işimize yarayan, bir değişim sırasındaki farktır. Bir tepkimenin entalpi değişimi, ürünlerin toplam entalpisinden girenlerin toplam entalpisinin çıkarılmasıyla tanımlanır:
Sabit basınçta yürüyen bir tepkimede \(\Delta H\), tepkimenin aldığı ya da verdiği ısıya eşittir. Laboratuvardaki ve günlük hayattaki tepkimelerin çoğu açık havada, yani sabit basınçta yürüdüğü için bu konuda "tepkime ısısı" ile "entalpi değişimi" aynı anlamda kullanılır.
İşaret kuralı tanımdan çıkar. Ekzotermik bir tepkimede sistem ortama ısı verir; ürünlerin entalpisi girenlerinkinden düşüktür ve \(\Delta H < 0\) olur. Endotermik bir tepkimede sistem ortamdan ısı alır; ürünlerin entalpisi daha yüksektir ve \(\Delta H > 0\) olur. Bu ilişkiyi entalpi diyagramında görmek kolaydır: düşey eksen entalpidir, girenler ve ürünler birer düzey çizgisiyle gösterilir.
Entalpisi düşük olan taraf daha kararlıdır. Ekzotermik bir tepkimenin ürünleri girenlerden daha kararlıdır; endotermik bir tepkimede ise girenler daha kararlıdır. Bu yüzden suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için dışarıdan enerji vermek gerekir.
Entalpi maddenin fiziksel haline de bağlıdır. Aynı madde gaz halindeyken sıvı halinden daha yüksek entalpiye sahiptir, çünkü buharlaşma ısı alan bir olaydır. Hidrojen ile oksijenden sıvı su oluşurken açığa çıkan ısı, su buharı oluşurkenkinden fazladır; aradaki fark, oluşan suyun buharlaşma ısısıdır. Bu nedenle termokimyasal denklemlerde her maddenin fiziksel hali mutlaka yazılır.
Termokimyasal denklemler
Fiziksel halleri belirtilmiş ve entalpi değişimi yanına yazılmış denklemlere termokimyasal denklem denir:
Bu denklem şunu söyler: 1 mol \(\text{N}_2\) gazı 3 mol \(\text{H}_2\) gazıyla tepkimeye girip 2 mol \(\text{NH}_3\) gazı oluşturduğunda 92 kJ ısı açığa çıkar. \(\Delta H\) değeri denklemin tamamına, yani katsayıların gösterdiği mol sayılarına aittir. Bu yorumdan üç kural doğar.
- \(\Delta H\) katsayılarla orantılıdır. Denklem 2 ile çarpılırsa iki kat madde tepkimeye girer ve iki kat ısı açığa çıkar: \(2\text{N}_2(g) + 6\text{H}_2(g) \rightarrow 4\text{NH}_3(g)\) için \(\Delta H = -184\) kJ. Denklem 2'ye bölünürse \(\Delta H\) de yarıya iner: \(\frac{1}{2}\text{N}_2(g) + \frac{3}{2}\text{H}_2(g) \rightarrow \text{NH}_3(g)\) için \(\Delta H = -46\) kJ. Termokimyasal denklemlerde kesirli katsayı kullanmak serbesttir, çünkü katsayılar burada mol sayısını gösterir.
- Denklem ters çevrilince \(\Delta H\)'nin işareti değişir, büyüklüğü değişmez. Amonyağın elementlerine ayrışması için \(2\text{NH}_3(g) \rightarrow \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g)\), \(\Delta H = +92\) kJ'dür. Bir yönde açığa çıkan ısı, ters yönde aynı miktarda alınır.
- Isı miktarı mol sayısıyla orantılıdır. Tepkimeye giren ya da oluşan bir maddenin mol sayısı \(n\), denklemdeki katsayısı \(a\) ise alınan ya da verilen ısı \(q = \frac{n}{a} \cdot |\Delta H|\) olur. 6,8 g amonyak (0,4 mol) oluşurken \(\frac{0{,}4}{2} \cdot 92 = 18{,}4\) kJ ısı açığa çıkar (H: 1, N: 14).
Standart oluşum entalpisi
Entalpilerin mutlak değeri bilinmediği için kimyacılar bir başlangıç noktası seçmiştir. Önce ölçümün yapılacağı koşullar sabitlenir: standart koşullar 25 °C ve 1 atm'dir ve standart koşullardaki değerler \(\Delta H^\circ\) gibi bir derece işaretiyle gösterilir. Gazlar konusundaki normal koşullarla (0 °C, 1 atm) karıştırma; ikisinin sıcaklıkları farklıdır.
Bir bileşiğin 1 molünün, standart koşullarda en kararlı halde bulunan elementlerinden oluşması sırasındaki entalpi değişimine o bileşiğin standart oluşum entalpisi denir ve \(\Delta H^\circ_{\text{o}}\) ile gösterilir (bazı kaynaklarda \(\Delta H^\circ_f\)). Başlangıç noktası şudur: elementlerin standart koşullardaki en kararlı hallerinin oluşum entalpisi sıfır kabul edilir. \(\text{H}_2(g)\), \(\text{O}_2(g)\), \(\text{N}_2(g)\), \(\text{Cl}_2(g)\), \(\text{Br}_2(s)\), \(\text{I}_2(k)\), \(\text{C}(\text{grafit})\), \(\text{Na}(k)\), \(\text{Fe}(k)\) için \(\Delta H^\circ_{\text{o}} = 0\)'dır.
Bu tanımda her sözcük önemlidir. Karbonun en kararlı hali grafittir; elmasın oluşum entalpisi yaklaşık +2 kJ/mol'dür. Oksijenin en kararlı hali \(\text{O}_2\)'dir; ozonun (\(\text{O}_3\)) oluşum entalpisi +143 kJ/mol'dür. Brom standart koşullarda sıvıdır; \(\text{Br}_2(g)\)'nin oluşum entalpisi sıfır değil, yaklaşık +31 kJ/mol'dür. Tek atomlu hidrojen \(\text{H}(g)\) de element olduğu halde en kararlı hal olmadığı için sıfır değildir.
Bir denklemin \(\Delta H\) değerinin ürünün standart oluşum entalpisine eşit olması için üç koşul gerekir: girenler yalnızca elementler olmalı, bu elementler en kararlı hallerinde bulunmalı ve ürün 1 mol oluşmalıdır. \(\text{CO}(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g)\) bir oluşum tepkimesi değildir, çünkü CO bir bileşiktir. \(2\text{H}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}(s)\) tepkimesinin \(\Delta H\) değeri ise suyun oluşum entalpisinin iki katıdır.
| Madde | \(\Delta H^\circ_{\text{o}}\) (kJ/mol) | Madde | \(\Delta H^\circ_{\text{o}}\) (kJ/mol) |
|---|---|---|---|
| \(\text{CO}_2(g)\) | −394 | \(\text{NH}_3(g)\) | −46 |
| \(\text{CO}(g)\) | −111 | \(\text{NO}(g)\) | +90 |
| \(\text{H}_2\text{O}(s)\) | −286 | \(\text{NO}_2(g)\) | +33 |
| \(\text{H}_2\text{O}(g)\) | −242 | \(\text{SO}_2(g)\) | −297 |
| \(\text{CH}_4(g)\) | −75 | \(\text{CaCO}_3(k)\) | −1207 |
| \(\text{C}_3\text{H}_8(g)\) | −104 | \(\text{CaO}(k)\) | −635 |
Tablodaki değerlerin çoğu negatiftir: bileşiklerin çoğu elementlerinden oluşurken ısı verir ve elementlerinden daha kararlıdır. NO ve \(\text{NO}_2\) gibi pozitif değerli bileşikler elementlerinden daha yüksek entalpiye sahiptir. Değerler kaynaktan kaynağa 1 kJ kadar farklı olabilir (\(\text{CO}_2\) için −393,5 ya da −394 gibi); sınavda her zaman kökte verilen değeri kullan.
Oluşum entalpilerinden tepkime entalpisi
Oluşum entalpileri bilinen maddelerin tepkimelerinde \(\Delta H\) hesaplamak için deney yapmak gerekmez:
Burada \(n\) her maddenin denklemdeki katsayısıdır. Formülün neden doğru olduğunu düşünelim. Tepkimeyi iki adımda yürüdüğümüzü hayal edelim: önce girenleri elementlerine ayırırız, sonra bu elementlerden ürünleri oluştururuz. Birinci adımın \(\Delta H\) değeri girenlerin oluşum entalpilerinin toplamının ters işaretlisidir; ikinci adımınki ürünlerin oluşum entalpilerinin toplamıdır. İki adımın toplamı formülü verir. Elementlerin sıfır alınması da burada işe yarar: elementler formülde hiçbir katkı yapmaz.
Kireç taşının ayrışmasını hesaplayalım: \(\text{CaCO}_3(k) \rightarrow \text{CaO}(k) + \text{CO}_2(g)\). Tablodaki değerlerle \(\Delta H = [(-635) + (-394)] - (-1207) = +178\) kJ bulunur. Sonuç pozitiftir, tepkime endotermiktir; kireç fırınlarında sürekli yakıt yakılmasının nedeni bu 178 kJ'dür.
Hess yasası
Entalpi bir hal fonksiyonudur: değeri yalnızca sistemin o anki durumuna bağlıdır, oraya hangi yoldan gelindiğine bağlı değildir. Bir dağın tepesiyle eteği arasındaki yükseklik farkı, hangi patikadan tırmanırsan tırman aynıdır. Tepkimeler için bunun anlamı şudur: başlangıç ve son durumu aynı olan bir tepkime tek adımda da yürüse, birkaç adımda da yürüse toplam \(\Delta H\) aynıdır. Bu ilkeyi 1840'ta Germain Hess deneylerle ortaya koymuştur ve Hess yasası olarak bilinir. Kısaca söylersek, denklemler toplandığında \(\Delta H\) değerleri de toplanır.
Hess yasasının en önemli yararı, doğrudan ölçülemeyen tepkimelerin \(\Delta H\) değerini bulmaktır. Karbonu yalnızca CO'ya yakıp bu tepkimenin ısısını ölçmek pratikte mümkün değildir; oksijen az olsa bile bir miktar \(\text{CO}_2\) de oluşur. Ama iki ölçülebilir tepkime bilinir:
İstenen tepkime \(\text{C}(k) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}(g)\)'dir. Birinci denklem olduğu gibi alınır (C girenlerde olmalı). İkinci denklem ters çevrilir (CO ürünlerde olmalı) ve \(\Delta H\)'si +283 kJ olur. İki denklem toplanınca \(\text{CO}_2\) iki tarafta birer mol olarak sadeleşir, oksijen de \(1 - \frac{1}{2} = \frac{1}{2}\) mol kalır. Sonuç: \(\Delta H = -394 + 283 = -111\) kJ. Bu değer CO'nun standart oluşum entalpisidir.
Çok denklemli sorularda şu sırayı izle:
- İstenen denklemdeki her maddeyi, verilen denklemlerden yalnızca birinde geçen bir maddeyle eşleştir. Bu madde hangi denklemi, hangi yönde ve kaç katıyla kullanacağını belirler.
- Madde istenen denklemde hangi taraftaysa verilen denklemi o yöne çevir; gerekirse \(\Delta H\)'nin işaretini değiştir.
- Katsayısını eşitlemek için denklemi bir sayıyla çarp; \(\Delta H\)'yi de aynı sayıyla çarp.
- Denklemleri topla, iki tarafta da görünen maddeleri sadeleştir ve sonucun istenen denklem olduğunu denetle. \(\Delta H\) değerlerini topla.
ÖSYM bazen sayı yerine harf verir: \(\Delta H_1 = a\), \(\Delta H_2 = b\) gibi. Yöntem değişmez; cevap \(2a - b\) gibi bir ifade olur. Harfli sorularda her adımda işaret ve çarpanı not etmek hatayı önler.
Bağ enerjileri ile ΔH hesabı
Gaz halindeki 1 mol molekülde belirli bir bağı kırmak için gereken enerjiye bağ enerjisi denir. Bağ kırmak her zaman enerji ister, bu yüzden bağ enerjileri pozitiftir. Aynı bağ oluşurken aynı miktar enerji açığa çıkar. Bir tepkimede girenlerin bütün bağlarının kırıldığını ve ürünlerin bütün bağlarının yeniden oluştuğunu düşünürsek:
Hidrojen ile klordan hidrojen klorür oluşumunu inceleyelim: \(\text{H}_2(g) + \text{Cl}_2(g) \rightarrow 2\text{HCl}(g)\). Bir H–H (436 kJ) ve bir Cl–Cl (243 kJ) bağı kırılır: 679 kJ harcanır. İki H–Cl bağı oluşur: \(2 \cdot 431 = 862\) kJ açığa çıkar. \(\Delta H = 679 - 862 = -183\) kJ bulunur.
| Bağ | Enerji (kJ/mol) | Bağ | Enerji (kJ/mol) |
|---|---|---|---|
| H–H | 436 | O–H | 463 |
| Cl–Cl | 243 | O=O | 498 |
| H–Cl | 431 | C=O (\(\text{CO}_2\)'de) | 799 |
| C–H | 413 | N≡N | 945 |
| C–C | 348 | N–H | 391 |
| C=C | 614 | C≡C | 839 |
Bu yöntemde bağları doğru saymak her şeydir. Molekülün yapı formülünü yaz ve her bağı tek tek say: \(\text{CH}_4\)'te 4 C–H, \(\text{CO}_2\)'de 2 C=O, \(\text{H}_2\text{O}\)'da 2 O–H, \(\text{NH}_3\)'te 3 N–H bağı vardır. Çift bağ, iki tek bağ gibi değil, tabloda kendi değeriyle sayılır: C=C bağının enerjisi (614) iki C–C bağınınkinden (696) küçüktür.
Bağ enerjileri farklı moleküllerdeki değerlerin ortalamasıdır; bir C–H bağı metanda ve etanda tam olarak aynı enerjiye sahip değildir. Bu yüzden bağ enerjisiyle bulunan \(\Delta H\) yaklaşık bir değerdir. Yöntem ayrıca yalnızca gaz halindeki maddeler için geçerlidir, çünkü sıvı ve katılarda tanecikler arası etkileşimleri yenmek için de enerji gerekir. Metanın su buharı oluşturarak yanması için bağ enerjilerinden −802 kJ, oluşum entalpilerinden \([(-394) + 2(-242)] - (-75) = -803\) kJ bulunur; iki yol birbirine çok yakındır.
Isı miktarı ve kalorimetre
Tepkime ısıları kalorimetre denen yalıtılmış kaplarda ölçülür. Tepkimenin verdiği ısı, kaptaki bilinen kütlede suyu ısıtır. Suyun aldığı ısı kütlesi, öz ısısı ve sıcaklık değişiminden hesaplanır:
Burada \(m\) suyun kütlesi (g), \(c\) öz ısısı (suyun öz ısısı yaklaşık 4,18 J/(g·°C), yani 1 cal/(g·°C)) ve \(\Delta T\) sıcaklık değişimidir. Kap iyi yalıtılmışsa ve kabın kendisinin aldığı ısı ihmal edilirse tepkimenin verdiği ısı suyun aldığı ısıya eşittir. Ekzotermik bir tepkimede su ısınır ve \(\Delta H\) negatif yazılır; endotermik bir tepkimede su soğur ve \(\Delta H\) pozitif olur.
Çözeltilerdeki tepkimeler (nötrleşme, çözünme) için iç içe geçmiş iki köpük bardaktan yapılan basit kalorimetre yeterlidir; bu kap açık havada, sabit basınçta çalıştığı için ölçülen ısı doğrudan \(\Delta H\)'yi verir. Örneğin 0,05 mol amonyum nitrat yaklaşık 100 g suda çözündüğünde suyun sıcaklığı 3 °C düşüyorsa su \(100 \cdot 4{,}18 \cdot 3 = 1254\) J ısı vermiştir. Çözünme 1 mol için \(\frac{1{,}254}{0{,}05} = 25{,}08\) kJ ısı alır ve \(\Delta H \approx +25\) kJ/mol olur.
Kalorimetre hesabında birimlere dikkat et: \(m \cdot c \cdot \Delta T\) joule (ya da kalori) verir, \(\Delta H\) ise genellikle kJ/mol cinsindendir. Önce joule'ü 1000'e bölüp kJ'e çevir, sonra tepkimeye giren maddenin mol sayısına böl.
Potansiyel enerji diyagramları
Tepkimeye giren taneciklerin ürüne dönüşebilmesi için çarpışırken belli bir enerji engelini aşmaları gerekir. Bu engelin tepesinde, eski bağların kısmen kırıldığı ve yeni bağların kısmen oluştuğu kararsız bir yapı bulunur; buna aktifleşmiş kompleks denir. Potansiyel enerji diyagramında yatay eksen tepkimenin ilerleyişini (tepkime koordinatı), düşey eksen potansiyel enerjiyi gösterir. Eğri girenler düzeyinden başlar, aktifleşmiş kompleksin tepesine çıkar ve ürünler düzeyine iner.
Girenler ile tepe arasındaki fark ileri tepkimenin aktifleşme enerjisi \(E_{a,\text{ileri}}\), ürünler ile tepe arasındaki fark geri tepkimenin aktifleşme enerjisi \(E_{a,\text{geri}}\), ürünler ile girenler arasındaki fark da \(\Delta H\)'dir:
Diyagramdan çıkan sonuçlar genelleştirilebilir. Ekzotermik tepkimelerde \(E_{a,\text{geri}} > E_{a,\text{ileri}}\), endotermik tepkimelerde \(E_{a,\text{ileri}} > E_{a,\text{geri}}\) olur. Aktifleşme enerjisi hiçbir zaman negatif değildir, çünkü tepe her iki düzeyin de üstündedir. Endotermik bir tepkimenin ileri aktifleşme enerjisi en az \(\Delta H\) kadardır. Aktifleşme enerjisinin tepkime hızıyla ilişkisi ve katalizörün etkisi bir sonraki konu olan tepkime hızında işlenir; burada diyagramdan sayı okumak yeterlidir.
Formüller
Çözümlü örnekler
\(\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightarrow 2\text{NH}_3(g)\) tepkimesi için \(\Delta H = -92\) kJ'dür. Buna göre amonyağın elementlerine ayrışması \(2\text{NH}_3(g) \rightarrow \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g)\) için \(\Delta H\) kaç kJ'dür, amonyağın standart oluşum entalpisi kaç kJ/mol'dür ve 6,8 g amonyak oluşurken kaç kJ ısı açığa çıkar? (H: 1, N: 14)
- Denklem ters çevrilince işaret değişir: \(\Delta H = +92\) kJ.
- Oluşum entalpisi 1 mol \(\text{NH}_3\) içindir. Denklem 2'ye bölünür: \(\frac{1}{2}\text{N}_2(g) + \frac{3}{2}\text{H}_2(g) \rightarrow \text{NH}_3(g)\), \(\Delta H = -46\) kJ. Girenler en kararlı haldeki elementler olduğundan \(\Delta H^\circ_{\text{o}}(\text{NH}_3) = -46\) kJ/mol.
- \(\text{NH}_3\) 17 g/mol; 6,8 g amonyak 0,4 mol'dür. Her 2 mol için 92 kJ açığa çıktığından \(\frac{0{,}4}{2} \cdot 92 = 18{,}4\) kJ.
Cevap: +92 kJ; −46 kJ/mol; 18,4 kJ
Doğal gazın ana bileşeni metanın yanma denklemi \(\text{CH}_4(g) + 2\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(s)\), \(\Delta H = -890\) kJ'dür. 4 g metan yandığında kaç kJ ısı açığa çıkar? 1335 kJ ısı elde etmek için kaç gram metan yakılmalıdır? (H: 1, C: 12)
- \(\text{CH}_4\) 16 g/mol; 4 g metan 0,25 mol'dür. Metanın katsayısı 1 olduğundan açığa çıkan ısı \(0{,}25 \cdot 890 = 222{,}5\) kJ'dür.
- 1335 kJ için \(\frac{1335}{890} = 1{,}5\) mol metan gerekir.
- Kütlesi \(1{,}5 \cdot 16 = 24\) g'dır.
Cevap: 222,5 kJ; 24 g
Bir tepkimenin potansiyel enerji diyagramında girenlerin potansiyel enerjisi 40 kJ, aktifleşmiş kompleksinki 160 kJ, ürünlerinki 100 kJ'dür. İleri ve geri tepkimelerin aktifleşme enerjileri ile tepkimenin \(\Delta H\) değeri kaç kJ'dür? Tepkime ekzotermik midir, endotermik mi?
- \(E_{a,\text{ileri}} = 160 - 40 = 120\) kJ.
- \(E_{a,\text{geri}} = 160 - 100 = 60\) kJ.
- \(\Delta H = 100 - 40 = +60\) kJ; denetim: \(E_{a,\text{ileri}} - E_{a,\text{geri}} = 120 - 60 = 60\).
- \(\Delta H > 0\) olduğundan tepkime endotermiktir; ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerinkinden yüksektir.
Cevap: 120 kJ; 60 kJ; +60 kJ, endotermik
Propanın yanması \(\text{C}_3\text{H}_8(g) + 5\text{O}_2(g) \rightarrow 3\text{CO}_2(g) + 4\text{H}_2\text{O}(s)\) denklemiyle gösterilir. \(\Delta H^\circ_{\text{o}}\) değerleri \(\text{C}_3\text{H}_8(g)\): −104 kJ/mol, \(\text{CO}_2(g)\): −394 kJ/mol, \(\text{H}_2\text{O}(s)\): −286 kJ/mol'dür. Tepkimenin \(\Delta H\) değeri kaç kJ'dür ve 11 g propan yandığında kaç kJ ısı açığa çıkar? (H: 1, C: 12)
- Ürünler: \(3(-394) + 4(-286) = -1182 - 1144 = -2326\) kJ.
- Girenler: \(-104 + 5 \cdot 0 = -104\) kJ (oksijen element olduğundan sıfırdır).
- \(\Delta H = -2326 - (-104) = -2222\) kJ.
- Propan 44 g/mol; 11 g propan 0,25 mol'dür: \(0{,}25 \cdot 2222 = 555{,}5\) kJ ısı açığa çıkar.
Cevap: −2222 kJ; 555,5 kJ
Etil alkolün yanması \(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(s) + 3\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{CO}_2(g) + 3\text{H}_2\text{O}(s)\) için \(\Delta H = -1367\) kJ'dür. \(\Delta H^\circ_{\text{o}}\) değerleri \(\text{CO}_2(g)\): −394 kJ/mol, \(\text{H}_2\text{O}(s)\): −286 kJ/mol olduğuna göre etil alkolün standart oluşum entalpisi kaç kJ/mol'dür?
- Etil alkolün oluşum entalpisine \(x\) diyelim. Formül: \(\Delta H = [2(-394) + 3(-286)] - [x + 3 \cdot 0]\).
- Ürünler toplamı \(-788 - 858 = -1646\) kJ; denklem \(-1367 = -1646 - x\) olur.
- \(x = -1646 + 1367 = -279\) kJ/mol.
Cevap: −279 kJ/mol
Aşağıdaki termokimyasal denklemler veriliyor: \(\text{C}(k) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g)\), \(\Delta H_1 = -394\) kJ \(\text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(s)\), \(\Delta H_2 = -286\) kJ \(2\text{C}_2\text{H}_2(g) + 5\text{O}_2(g) \rightarrow 4\text{CO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(s)\), \(\Delta H_3 = -2600\) kJ Buna göre \(2\text{C}(k) + \text{H}_2(g) \rightarrow \text{C}_2\text{H}_2(g)\) tepkimesinin \(\Delta H\) değeri kaç kJ'dür?
- C yalnızca birinci denklemde var ve istenen denklemde 2 mol girendir: birinci denklem 2 ile çarpılır, \(2\Delta H_1 = -788\) kJ.
- \(\text{H}_2\) yalnızca ikinci denklemde var ve 1 mol girendir: ikinci denklem olduğu gibi alınır, \(-286\) kJ.
- \(\text{C}_2\text{H}_2\) üçüncü denklemde 2 mol giren; istenen denklemde 1 mol ürün. Üçüncü denklem ters çevrilir ve 2'ye bölünür: \(+1300\) kJ.
- Toplanınca \(2\text{CO}_2\), \(\text{H}_2\text{O}\) ve \(\frac{5}{2}\text{O}_2\) sadeleşir. \(\Delta H = -788 - 286 + 1300 = +226\) kJ.
Cevap: +226 kJ
Metanın su buharı oluşturarak yanması \(\text{CH}_4(g) + 2\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(g)\) denklemiyle gösterilir. Bağ enerjileri C–H: 413, O=O: 498, C=O: 799, O–H: 463 kJ/mol olduğuna göre tepkimenin \(\Delta H\) değeri kaç kJ'dür?
- Kırılan bağlar: \(\text{CH}_4\)'te 4 C–H, iki \(\text{O}_2\)'de 2 O=O. Toplam \(4 \cdot 413 + 2 \cdot 498 = 1652 + 996 = 2648\) kJ.
- Oluşan bağlar: \(\text{CO}_2\)'de 2 C=O, iki \(\text{H}_2\text{O}\)'da 4 O–H. Toplam \(2 \cdot 799 + 4 \cdot 463 = 1598 + 1852 = 3450\) kJ.
- \(\Delta H = 2648 - 3450 = -802\) kJ. Su sıvı olsaydı buna iki molün yoğuşma ısısı da eklenirdi.
Cevap: −802 kJ
\(\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightarrow 2\text{NH}_3(g)\) tepkimesi için \(\Delta H = -93\) kJ'dür. Bağ enerjileri N≡N: 945, H–H: 436 kJ/mol olduğuna göre N–H bağ enerjisi kaç kJ/mol'dür?
- Kırılan bağlar: 1 N≡N ve 3 H–H, toplam \(945 + 3 \cdot 436 = 2253\) kJ.
- Oluşan bağlar: her \(\text{NH}_3\)'te 3 N–H, 2 molekülde 6 N–H; toplam \(6x\).
- \(-93 = 2253 - 6x\) eşitliğinden \(6x = 2346\), \(x = 391\) kJ/mol.
Cevap: 391 kJ/mol
Basit bir deney düzeneğinde 2,3 g etil alkol (\(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}\)) yakılıyor ve açığa çıkan ısıyla 500 g suyun sıcaklığı 25 °C artıyor. Isının tamamının suya geçtiği kabul edilirse etil alkolün molar yanma entalpisi kaç kJ/mol bulunur? (Suyun öz ısısı 4,2 J/(g·°C); H: 1, C: 12, O: 16)
- Suyun aldığı ısı \(q = 500 \cdot 4{,}2 \cdot 25 = 52\,500\) J, yani 52,5 kJ.
- Etil alkol 46 g/mol; 2,3 g etil alkol 0,05 mol'dür.
- 1 mol için \(\frac{52{,}5}{0{,}05} = 1050\) kJ ısı açığa çıkar; yanma ekzotermik olduğundan \(\Delta H = -1050\) kJ/mol.
- Bu değer kaynaklardaki −1367 kJ/mol'den küçüktür: basit düzenekte ısının bir kısmı havaya ve kaba gider. Bu yüzden doğru ölçümler yalıtılmış kalorimetrelerde yapılır.
Cevap: −1050 kJ/mol
Sık yapılan hatalar
- \(\Delta H\)'nin işaretini ters yorumlamak: ısı veren (ekzotermik) tepkimede \(\Delta H\) negatiftir, çünkü sistemin entalpisi azalır.
- Denklemi bir sayıyla çarparken ya da ters çevirirken \(\Delta H\)'yi değiştirmeyi unutmak.
- Oluşum entalpisi formülünde katsayıyla çarpmamak ya da "ürünler eksi girenler" yerine "girenler eksi ürünler" yazmak.
- Her elementin oluşum entalpisini sıfır sanmak: yalnızca en kararlı hal sıfırdır; \(\text{O}_3(g)\), \(\text{C}(\text{elmas})\), \(\text{Br}_2(g)\) sıfır değildir.
- Bağ enerjisi formülünü oluşum entalpisi formülüyle karıştırıp "oluşan eksi kırılan" yazmak. Bağ enerjisinde sıra kırılan eksi oluşandır.
- Bağları sayarken çift bağı iki tek bağ gibi almak ya da katsayı kadar molekülü saymayı unutmak.
- Kalorimetre hesabında J ile kJ'ü karıştırmak ya da toplam ısıyı mol sayısına bölmeyi unutmak.
- Potansiyel enerji diyagramında aktifleşme enerjisini eksenin sıfırından ölçmek; aktifleşme enerjisi girenlerin (geri tepkimede ürünlerin) düzeyinden ölçülür.
Gıda paketlerindeki "kalori" değeri, bu konudaki yanma ısısının ta kendisidir. Besin enerjileri tarihsel olarak besin örneklerinin bomba kalorimetresinde yakılmasıyla ölçülmeye başlanmıştır; bugün etiketlerde çoğunlukla karbonhidrat, yağ ve proteinin gram başına ortalama enerji değerlerinden hesaplanan sonuçlar yazılır. Etiketteki "kalori" aslında kilokaloridir ve 1 kcal yaklaşık 4,18 kJ'e eşittir. Yağların gram başına yaklaşık 9 kcal, karbonhidrat ve proteinlerin yaklaşık 4 kcal enerji vermesi, yağ moleküllerinin karbonhidratlara göre çok daha az oksijen içermesiyle, yani daha az oksitlenmiş olmasıyla ilgilidir. Kış aylarında kullanılan tek kullanımlık el ısıtıcıları ise demir tozunun havadaki oksijenle tepkimesini hızlandırarak saatlerce ısı verir; spor yaralanmalarındaki soğuk paketler tersini yapar, içlerindeki amonyum nitrat suyla karışınca ortamdan ısı alır. İkisi de cebe sığan birer ekzotermik ve endotermik olay örneğidir.
Konu testi
27 soru. Bir seçeneğe dokun; doğru cevap ve çözüm hemen açılır.
Aşağıdaki olaylardan hangisi endotermiktir?
Erimede tanecikler arası çekim kuvvetleri kısmen yenilir; bunun için ısı alınır, olay endotermiktir. Yanma, nötrleşme ve paslanma ısı veren tepkimelerdir; yoğuşmada tanecikler yaklaştığı için ısı açığa çıkar.
Sistem ve ortamla ilgili
- I.Ekzotermik bir tepkime gerçekleşirken ortamın sıcaklığı artar.
- II.Endotermik bir olayda sistemin entalpisi azalır.
- III.Soğuk paketlerde kullanılan amonyum nitratın suda çözünmesi endotermiktir.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
I: Ekzotermik olayda sistem ortama ısı verir, ortam ısınır; doğru. II: Endotermik olayda sistem ısı alır, entalpisi artar (\(\Delta H > 0\)); yanlış. III: Amonyum nitrat suda çözünürken ortamdan ısı alır ve paket soğur; doğru.
\(2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{SO}_3(g)\) tepkimesinin entalpi değişimi \(\Delta H = -198\) kJ'dür. Buna göre \(4\text{SO}_3(g) \rightarrow 4\text{SO}_2(g) + 2\text{O}_2(g)\) tepkimesinin entalpi değişimi kaç kJ'dür?
Denklem ters çevrilince işaret değişir: \(+198\) kJ. Katsayılar 2 ile çarpılınca \(\Delta H\) de iki katına çıkar: \(+396\) kJ. −396, işareti değiştirmeyi unutmaktır; 198 ise yalnızca ters çevirip iki ile çarpmamaktır.
Standart koşullarda (25 °C, 1 atm)
- I.\(\text{O}_2(g)\)
- II.\(\text{Br}_2(s)\)
- III.\(\text{I}_2(k)\)
maddelerinden hangilerinin standart oluşum entalpisi sıfırdır?
Standart koşullarda oksijen gaz, brom sıvı, iyot katı haldedir. Üçü de elementin en kararlı halidir. En kararlı haldeki elementlerin standart oluşum entalpisi sıfır kabul edildiğinden üçü de sıfırdır.
\(\text{C}(k) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g)\) tepkimesinin entalpi değişimi \(\Delta H = -394\) kJ'dür. Buna göre 6 g karbon tamamen yandığında kaç kJ ısı açığa çıkar? (C: 12)
6 g karbon \(\frac{6}{12} = 0{,}5\) mol'dür. Açığa çıkan ısı \(0{,}5 \cdot 394 = 197\) kJ. 2364, kütleyi mole çevirmeden 394 ile çarpmaktır.
Bir tepkimenin potansiyel enerji diyagramı aşağıda verilmiştir.
Buna göre geri tepkimenin aktifleşme enerjisi kaç kJ'dür?
Aktifleşmiş kompleksin potansiyel enerjisi 130 kJ, ürünlerinki 10 kJ'dür. Geri tepkimenin aktifleşme enerjisi \(130 - 10 = 120\) kJ'dür. 80 kJ ileri tepkimenin aktifleşme enerjisi, 40 kJ ise \(|\Delta H|\)'dir.
Aşağıdaki tepkimelerden hangisinin entalpi değişimi, 25 °C ve 1 atm'de oluşan ürünün standart oluşum entalpisine eşittir?
Oluşum tepkimesinde girenler en kararlı haldeki elementler olmalı ve ürün 1 mol oluşmalıdır. Amonyak tepkimesi bu koşulları sağlar. Su tepkimesinde 2 mol ürün oluşur; CO bir bileşiktir; elmas karbonun en kararlı hali değildir; \(\text{Br}_2(g)\) en kararlı hal değildir ve 2 mol HBr oluşur.
\(\text{CH}_4(g) + 2\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(s)\) tepkimesinin entalpi değişimi kaç kJ'dür? (\(\Delta H^\circ_{\text{o}}\) değerleri: \(\text{CH}_4(g)\): −75 kJ/mol, \(\text{CO}_2(g)\): −394 kJ/mol, \(\text{H}_2\text{O}(s)\): −286 kJ/mol)
Ürünler: \(-394 + 2(-286) = -966\) kJ; girenler: \(-75 + 0 = -75\) kJ. \(\Delta H = -966 - (-75) = -891\) kJ. Suyun katsayısını unutmak −605, metanı eklemek −1041 verir.
\(\text{N}_2(g) + 2\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}_2(g)\), \(\Delta H_1 = a\) \(2\text{NO}(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}_2(g)\), \(\Delta H_2 = b\)
Yukarıdaki termokimyasal denklemlere göre \(\text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}(g)\) tepkimesinin entalpi değişiminin \(a\) ve \(b\) türünden değeri nedir?
\(\text{N}_2\) girenlerde olduğundan birinci denklem aynen alınır: \(a\). NO ürünlerde olmalı; ikinci denklem ters çevrilir: \(-b\). Toplanınca \(2\text{NO}_2\) ve bir \(\text{O}_2\) sadeleşir: \(\Delta H = a - b\).
\(\text{C}(k) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g)\), \(\Delta H = -394\) kJ \(\text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(s)\), \(\Delta H = -286\) kJ \(\text{CH}_4(g) + 2\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(s)\), \(\Delta H = -891\) kJ
Bu termokimyasal denklemlere göre \(\text{C}(k) + 2\text{H}_2(g) \rightarrow \text{CH}_4(g)\) tepkimesinin entalpi değişimi kaç kJ'dür?
Birinci denklem aynen (−394), ikinci denklem 2 ile çarpılarak (−572), üçüncü denklem ters çevrilerek (+891) alınır. \(\Delta H = -394 - 572 + 891 = -75\) kJ. Üçüncü denklemi ters çevirmemek −1857 verir.
\(\text{H}_2(g) + \text{Cl}_2(g) \rightarrow 2\text{HCl}(g)\) tepkimesinin entalpi değişimi kaç kJ'dür? (Bağ enerjileri: H–H: 436, Cl–Cl: 243, H–Cl: 431 kJ/mol)
Kırılan: \(436 + 243 = 679\) kJ; oluşan: \(2 \cdot 431 = 862\) kJ. \(\Delta H = 679 - 862 = -183\) kJ. HCl'nin katsayısını unutmak 248 verir; "oluşan eksi kırılan" yazmak 183 verir.
Etanın yanma denklemi \(2\text{C}_2\text{H}_6(g) + 7\text{O}_2(g) \rightarrow 4\text{CO}_2(g) + 6\text{H}_2\text{O}(s)\), \(\Delta H = -3120\) kJ'dür. 1170 kJ ısı elde etmek için kaç gram etan yakılmalıdır? (H: 1, C: 12)
2 mol etan 3120 kJ verdiğinden 1 mol etan 1560 kJ verir. 1170 kJ için \(\frac{1170}{1560} = 0{,}75\) mol etan gerekir. Etan 30 g/mol; \(0{,}75 \cdot 30 = 22{,}5\) g. 3120 kJ'yi 1 mol etanın ısısı sanmak 11,25 g verir.
Bir tepkimenin potansiyel enerji diyagramı aşağıda verilmiştir.
Buna göre
- I.Tepkime endotermiktir.
- II.İleri tepkimenin aktifleşme enerjisi 120 kJ'dür.
- III.Geri tepkimenin aktifleşme enerjisi 120 kJ'dür.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
I: Ürünler (80 kJ) girenlerden (20 kJ) yüksektedir, \(\Delta H = +60\) kJ; doğru. II: \(140 - 20 = 120\) kJ; doğru. III: Geri tepkimenin aktifleşme enerjisi \(140 - 80 = 60\) kJ'dür; yanlış.
Bir köpük bardak kalorimetrede 25 °C'taki 100 mL 1 M HCl çözeltisi ile 100 mL 1 M NaOH çözeltisi karıştırılıyor ve karışımın sıcaklığı 6,7 °C artıyor. Çözeltilerin yoğunluğu 1 g/mL, öz ısısı 1 cal/(g·°C) alınır ve ısı kaybı ihmal edilirse nötrleşme tepkimesinin \(\Delta H\) değeri kaç kcal/mol'dür?
Karışımın kütlesi 200 g; açığa çıkan ısı \(200 \cdot 1 \cdot 6{,}7 = 1340\) cal = 1,34 kcal. Oluşan su \(0{,}1 \cdot 1 = 0{,}1\) mol'dür. 1 mol için \(\frac{1{,}34}{0{,}1} = 13{,}4\) kcal; tepkime ısı verdiğinden \(\Delta H = -13{,}4\) kcal/mol. Kütleyi yalnızca 100 g almak −6,7, mol sayısına bölmemek −1,34 verir.
Etilen ile hidrojenden etan oluşumunun yapı formülleri aşağıda verilmiştir.
Bağ enerjileri C=C: 614, C–C: 348, C–H: 413, H–H: 436 kJ/mol olduğuna göre tepkimenin entalpi değişimi kaç kJ'dür?
Kırılan: 1 C=C, 4 C–H ve 1 H–H, toplam \(614 + 4 \cdot 413 + 436 = 2702\) kJ. Oluşan: 1 C–C ve 6 C–H, toplam \(348 + 6 \cdot 413 = 2826\) kJ. \(\Delta H = 2702 - 2826 = -124\) kJ. Aynı kalan 4 C–H bağı iki tarafta sadeleşir; kısaca \(614 + 436 - 348 - 2 \cdot 413 = -124\).
\(\text{C}(\text{grafit}) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g)\), \(\Delta H = -394\) kJ \(\text{C}(\text{elmas}) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g)\), \(\Delta H = -396\) kJ
Bu denklemlere göre
- I.\(\text{C}(\text{elmas}) \rightarrow \text{C}(\text{grafit})\) dönüşümünün entalpi değişimi −2 kJ'dür.
- II.Elmasın standart oluşum entalpisi +2 kJ/mol'dür.
- III.Eşit kütlede elmas ve grafit tamamen yakıldığında elmas daha fazla ısı açığa çıkarır.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
I: Elmas denklemi aynen, grafit denklemi ters alınıp toplanır: \(-396 + 394 = -2\) kJ; doğru. II: Grafit karbonun en kararlı hali olduğundan \(\Delta H^\circ_{\text{o}}(\text{grafit}) = 0\); grafitten elmasa \(+2\) kJ; doğru. III: Eşit kütle eşit mol karbondur; elmasın her molü 396 kJ, grafitinki 394 kJ verir; doğru.
\(\text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(s)\), \(\Delta H = -286\) kJ \(\text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(g)\), \(\Delta H = -242\) kJ
Bu denklemlere göre 45 g sıvı suyu aynı sıcaklıkta buharlaştırmak için kaç kJ ısı gerekir? (H: 1, O: 16)
Birinci denklem ters çevrilip ikinciyle toplanır: \(\text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(g)\), \(\Delta H = 286 - 242 = +44\) kJ. 45 g su \(\frac{45}{18} = 2{,}5\) mol'dür: \(2{,}5 \cdot 44 = 110\) kJ. 44 kJ yalnızca 1 mol içindir; 605 ve 715 oluşum ısılarını kullanmaktır.
Azot ve oksijen içeren bazı türlerin entalpi düzeyleri aşağıdaki diyagramda verilmiştir.
Buna göre
- I.NO gazının standart oluşum entalpisi +90 kJ/mol'dür.
- II.\(\text{NO}(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{NO}_2(g)\) tepkimesi endotermiktir.
- III.\(\text{NO}_2\) gazının elementlerinden oluşumu endotermiktir.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
I: Elementler sıfır düzeyindedir; \(\text{NO} + \frac{1}{2}\text{O}_2\) düzeyi +90 kJ olduğundan \(\Delta H^\circ_{\text{o}}(\text{NO}) = +90\) kJ/mol; doğru. II: \(\Delta H = 33 - 90 = -57\) kJ; tepkime ekzotermiktir; yanlış. III: \(\text{NO}_2\) elementlerden 33 kJ yukarıdadır, \(\Delta H = +33\) kJ; doğru.
\(\text{C}(k) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g)\), \(\Delta H = -394\) kJ \(\text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(s)\), \(\Delta H = -286\) kJ \(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(s) + 3\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{CO}_2(g) + 3\text{H}_2\text{O}(s)\), \(\Delta H = -1367\) kJ
Bu termokimyasal denklemlere göre \(2\text{C}(k) + 3\text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(s)\) tepkimesinin entalpi değişimi kaç kJ'dür?
Birinci denklem 2 ile (−788), ikinci 3 ile (−858) çarpılır; üçüncü ters çevrilir (+1367). Toplamda \(2\text{CO}_2\), \(3\text{H}_2\text{O}\) sadeleşir; oksijen \(2 + \frac{3}{2} - 3 = \frac{1}{2}\) mol giren kalır. \(\Delta H = -788 - 858 + 1367 = -279\) kJ. Hidrojen denklemini 3 ile çarpmamak 293, karbon denklemini 2 ile çarpmamak 115 verir.
\(\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightarrow 2\text{NH}_3(g)\), \(\Delta H_1 = a\) \(\text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}(g)\), \(\Delta H_2 = b\) \(2\text{H}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}(g)\), \(\Delta H_3 = c\)
Nitrik asit üretiminin ilk adımı olan \(4\text{NH}_3(g) + 5\text{O}_2(g) \rightarrow 4\text{NO}(g) + 6\text{H}_2\text{O}(g)\) tepkimesinin entalpi değişimi \(a\), \(b\) ve \(c\) türünden nedir?
\(\text{NH}_3\) giren olmalı ve 4 mol olmalı: birinci denklem ters çevrilip 2 ile çarpılır, \(-2a\). NO için ikinci denklem 2 ile çarpılır, \(2b\); \(\text{H}_2\text{O}\) için üçüncü denklem 3 ile çarpılır, \(3c\). Toplamda \(2\text{N}_2\) ve \(6\text{H}_2\) sadeleşir; oksijen \(2 + 3 = 5\) mol olur. \(\Delta H = -2a + 2b + 3c\).
\(\text{CH}_4(g) + \text{Cl}_2(g) \rightarrow \text{CH}_3\text{Cl}(g) + \text{HCl}(g)\) tepkimesinin entalpi değişimi \(\Delta H = -103\) kJ'dür. C–H: 413, Cl–Cl: 243, H–Cl: 431 kJ/mol olduğuna göre C–Cl bağ enerjisi kaç kJ/mol'dür?
Metandaki 4 C–H bağından yalnızca biri kırılır, diğer üçü \(\text{CH}_3\text{Cl}\)'de kalır. Kırılan: \(413 + 243 = 656\) kJ; oluşan: \(x + 431\). \(-103 = 656 - (x + 431)\) eşitliğinden \(x = 656 - 431 + 103 = 328\) kJ/mol. \(\Delta H\)'nin işaretini ters almak 122, yalnızca kırılan bağları hesaba katıp oluşan H–Cl'yi unutmak 759 verir; metandaki 4 C–H'yi kırılmış, \(\text{CH}_3\text{Cl}\)'deki 3 C–H'yi oluşmamış saymak 1567 verir.
Kapalı bir kapta \(\text{X}_2(g) + \text{Y}_2(g) \rightarrow 2\text{XY}(g)\) tepkimesi gerçekleşiyor. Tepkimenin potansiyel enerji diyagramı aşağıda verilmiştir.
Buna göre
- I.1 mol XY gazı oluşurken 20 kJ ısı açığa çıkar.
- II.\(2\text{XY}(g) \rightarrow \text{X}_2(g) + \text{Y}_2(g)\) tepkimesinin aktifleşme enerjisi 180 kJ'dür.
- III.0,5 mol \(\text{X}_2\) tükendiğinde 20 kJ ısı açığa çıkar.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
Denkleme göre \(\Delta H = 20 - 60 = -40\) kJ'dür ve bu değer 2 mol XY içindir. I: 1 mol XY için \(\frac{40}{2} = 20\) kJ; doğru. II: Geri tepkimenin aktifleşme enerjisi \(200 - 20 = 180\) kJ; doğru. III: 1 mol \(\text{X}_2\) için 40 kJ, 0,5 mol için 20 kJ açığa çıkar; doğru.
\(\text{CH}_4\) ve \(\text{C}_2\text{H}_6\) gazlarından oluşan 0,5 mol'lük bir karışım tamamen yakılıyor ve 579 kJ ısı açığa çıkıyor. Yanma denklemleri \(\text{CH}_4(g) + 2\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(s)\), \(\Delta H = -890\) kJ ve \(2\text{C}_2\text{H}_6(g) + 7\text{O}_2(g) \rightarrow 4\text{CO}_2(g) + 6\text{H}_2\text{O}(s)\), \(\Delta H = -3120\) kJ'dür. Karışımda kaç gram \(\text{CH}_4\) vardır? (H: 1, C: 12)
\(\text{CH}_4\) \(x\) mol, \(\text{C}_2\text{H}_6\) \(0{,}5 - x\) mol olsun. 1 mol etan 1560 kJ verir: \(890x + 1560(0{,}5 - x) = 579\). \(780 - 670x = 579\) için \(x = 0{,}3\) mol; kütlesi \(0{,}3 \cdot 16 = 4{,}8\) g. 6 g, karışımdaki etanın kütlesidir.
Termit tepkimesi \(2\text{Al}(k) + \text{Fe}_2\text{O}_3(k) \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3(k) + 2\text{Fe}(k)\) denklemiyle gösterilir. 5,4 g Al ile 32 g \(\text{Fe}_2\text{O}_3\) tam verimle tepkimeye sokuluyor. Tepkimede kaç kJ ısı açığa çıkar? (\(\Delta H^\circ_{\text{o}}\) değerleri: \(\text{Fe}_2\text{O}_3(k)\): −824 kJ/mol, \(\text{Al}_2\text{O}_3(k)\): −1676 kJ/mol; O: 16, Al: 27, Fe: 56)
\(\Delta H = -1676 - (-824) = -852\) kJ (Al ve Fe element olduğundan sıfırdır). Al: \(\frac{5{,}4}{27} = 0{,}2\) mol; \(\text{Fe}_2\text{O}_3\): \(\frac{32}{160} = 0{,}2\) mol. Katsayıya bölünce Al 0,1, \(\text{Fe}_2\text{O}_3\) 0,2; sınırlayıcı Al'dir. Denklem 0,1 kez yürür: \(0{,}1 \cdot 852 = 85{,}2\) kJ. 170,4 kJ, \(\text{Fe}_2\text{O}_3\)'ün tamamının harcandığını sanmaktır.
Kimyasal tepkimelerde enerjiyle ilgili
- I.Bağ kırılması her zaman endotermiktir.
- II.Endotermik bir tepkimede ürünler girenlerden daha kararlıdır.
- III.Bir tepkimenin entalpi değişimi, tepkimenin kaç basamakta gerçekleştiğine bağlı değildir.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
I: Bağı kırmak için atomları birbirinden ayırmak gerekir; enerji alınır, doğru. II: Endotermik tepkimede ürünlerin entalpisi daha yüksektir; entalpisi düşük olan girenler daha kararlıdır, yanlış. III: Entalpi hal fonksiyonudur; Hess yasasına göre \(\Delta H\) yola bağlı değildir, doğru.
3,2 g metil alkol (\(\text{CH}_3\text{OH}\)) \(\text{CH}_3\text{OH}(s) + \frac{3}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(s)\) denklemine göre tamamen yandığında 72,6 kJ ısı açığa çıkıyor. \(\Delta H^\circ_{\text{o}}\) değerleri \(\text{CO}_2(g)\): −394 kJ/mol, \(\text{H}_2\text{O}(s)\): −286 kJ/mol olduğuna göre metil alkolün standart oluşum entalpisi kaç kJ/mol'dür? (H: 1, C: 12, O: 16)
Metil alkol 32 g/mol; 3,2 g 0,1 mol'dür. 1 mol için \(\frac{72{,}6}{0{,}1} = 726\) kJ açığa çıkar: \(\Delta H = -726\) kJ. \(-726 = [-394 + 2(-286)] - x = -966 - x\) eşitliğinden \(x = -240\) kJ/mol. Suyun katsayısını unutmak 46, \(\Delta H\)'yi pozitif almak −1692 verir.
\(\text{S}(k) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{SO}_2(g)\), \(\Delta H = -297\) kJ \(2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{SO}_3(g)\), \(\Delta H = -198\) kJ
Bu denklemlere göre 40 g kükürt yeterince oksijenle tamamen \(\text{SO}_3\) gazına dönüştürülürse kaç kJ ısı açığa çıkar? (S: 32)
Birinci denklem aynen, ikinci denklem 2'ye bölünerek toplanır: \(\text{S}(k) + \frac{3}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{SO}_3(g)\), \(\Delta H = -297 - 99 = -396\) kJ. 40 g kükürt \(\frac{40}{32} = 1{,}25\) mol'dür: \(1{,}25 \cdot 396 = 495\) kJ. İkinci denklemi 2'ye bölmemek 618,75; yalnızca birinci adımı hesaba katmak 371,25 kJ verir.
İlerlemen bu tarayıcıda saklanıyor. Ücretsiz üye ol, her cihazda kaldığın yerden devam et.