Kimyasal Reaksiyonlarda Enerji

Nick

Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji Dünyamızı mor ötesi ışınlardan koruyan Ozon gazı ( O3 ) Oksijenden elde edilir. böyle bir olayda hacim azalması 50 lt olarak belirlenmişse harcanan Oksijen ve oluşan Ozon miktarıları kaçar litredir? 3 O2 2 O3 3x22.4 2x22.4 Hacim Azalması = 67.2 - 44.8 =22.4 lt dir. 67.2 lt O2 22.4 lt hacim azalması var ise X 50 lt hacim azalması X=150 lt O2 kullanılmıştır. 100 lt O3 oluşmuştur. Kimyasal Reaksiyonlar ve Enerji Tüm kimyasal reaksiyonlarda ya enerji alınır ya da verilir. Suyun bileşenlerine ayrıltırılması ve suyun oluşturulması reaksiyonlarını düşünürsek hangisinde ısı alınır, hangisinde ısı verilir. Suyun bileşenlerine ayrılması : 2H2O(s) 2 H2(g) + O2(g) Suyun oluşturulması : 2H2(g) + O2(g) 2 H2O(s) Bir moleküldeki atomlar kimyasal bağlarla bağlı tutulurlar. Bu bağı koparmak ise enerji ister yani endotermiktir. Suyun ayrıştırılması için enerji gereklidir. Suyu bileşenlerine ayırmak için uygulanan kimyasal yöntem ise elektrolizdir. Ayrıştırmak için enerji (Elektrik enerjisi) gereklidir. Bu enerji ile atomları birarada tutan bağlar kopmaktadır. Bağ oluşumu sırasında ise enerji açığa çıkar. Suyun oluşumu ekzotermiktir. Kimyasal bağların Sağlamlıklarını o bağları koparmak için gerekli enerjinin büyüklüğüne bakarak karşılaştırabiliriz. Bazı reaksiyonları kalorimetrelerde gerçekleştirmek mümüküm değildir, dolayısıyla reaksiyonun ısısını ölçemeyiz. Bu durumda bu tip reaksiyonların ısısını nasıl buluruz? Kalorimetre yardımıyla bütün reaksiyonların ısılarını ölçmek mümkün değildir. Bazı dolaylı yollar takip edilmesi gerekir. Bir reaksiyon iki ya da daha fazla reaksiyonun toplamı olarak yazılabiliyorsa bu reaksiyonun ısısıda o reaksiyonların ısıları toplamına eşittir. O halde kalorimetrelerdse gerçekleştirilemeyen bir reaksiyonun ısısını bulmak için kalorimetrede kalorimetrede gerçekleştirilebilen reaksiyobnların ısılarından faydalanarak sonucu bulabiliriz 3C(grafit) + 4H2(g C3H8(g) Kalorimetrede gerçekleşmez, ısısını ölçemeyiz. C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(s) DH = -531.1 kkal / mol. C(grafit) + O2(g CO2(g) DH = -94.14 kkal / mol. H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(s) DH = -68.4 kkal / mol. 3C + 4H2 C3H8 DH = -24.92 kkal / mol. Kömür ile oksijen yan yana getirilince tepkime olmaz. Tepkimenin başlaması nasıl sağlanır? Bu durumu nasıl açıklarız? Bilindiği gibi kömür hemen hemen saf karbon olup havadaki oksijen ile C(k) + O2(g) CO2(g) tepkimesine göre karbondiokside dönüşür. Ancak kömür ile oksijen yan yana getirilince tepkime olmaz. Tepkimenin başlaması için önce kağıt ile odun tutuşturulur. Odunun yanması ile oluşan ısı, kömürü tutuşturur. O halde kömürün yanmaya başlaması için dışarıdan önce ısı alması gerekir. Tepkimenin başlaması için dışardan verilmesi gereken bu enerjiye aktivasyon enerjisi denir. Bu enerji hem tepkime ortamındaki oksijen moleküllerinin hızını arttırır, hem de karbon atomlarının kömürden koparılması için harcanır. Ancak bu sayede karbon atomları ile oksijen molekülleri tepkimeye girebilir. Tepkime başladıktan sonra ısı oluşur. Yani tepkime endotermiktir. KİMYASAL REAKSİYONLAR VE ENERJİ: Bir kimyasal tepkimede alınan ya da verilen ısıya tepkime ısısı denir. Tekime ısısı = Ürünlerin toplam enerjisi - Girenlerin toplam enerjisi formülü ile ifade edilir.Tepkime ısısı maddelerin içerdiği toplam enerji değil,iki durum arasındaki enerji farkıdır. ENTALPİ: Bir maddenin yapısında depoladığı her tür enerjinin toplamına ısı kapsamı ya da entalpi denir ve H ile simgelenir.Bir maddenin bir molünde depolanmış enerjiye o maddenin molar entalpisi denir.Maddelerin entalpileri ölçülemez.Ancak tepkimeye girenlerle ürünler arasındaki fark belirlenir.Kimyasal tepkimelerde,ürünlerin entalpileri toplamı ile girenlerin entalpileri toplamı arasındaki farka,tepkimenin entalpi değişimi ya da tepkime entalpisi adı verilir ve DH ile simgelenir. DH =HÜrünler - HGirenler Bağıntıda ürünlerin entalpileri toplamı,girenlerin entalpileri toplamından küçükse, tepkime ekzotermik olup DH,eksi işaretlidir. Tepkimenin endotermik olması halinde,ürünlerin entalpileri toplamı,girenlerin entalpileri toplamından büyüktür.Bu durumda DH,artı işaretlidir. DH değerleri belirli sıcaklık ve basınçta ölçülmüş değerlerdir.Sıcaklık ve basınç değişirse bu değerlerde değişir. Ekzotermik tepkimelerde DH ın işareti negatif,endotermik tepkimelerde ise pozitiftir. Maddelerin halinin değişimi DH değerini etkiler

Özel bir kimyasal bir reaksiyon süreci için reaksiyonu

Reaktifler ----- > Ürünler

şeklinde gösterilebilir.
Süreçler için iç enerji ve entalpi değişimi, reaktif ve ürünlerin enerji ve entalpi içerikleri ile ilişkilidir ve

DU = UÜrünler - UReaktifler

ve
DH = HÜrünler - HReaktifler

ifadelerinden hesaplanabilir. Örneğin;

C + 1/2 O2 ----- > CO

reaksiyonu için, 1 mol karbonmonoksitin entalpisi, 1 mol karbon ve 1 mol oksijenin yarım molünün entalpisinin toplamı ile karşılaştırılarak hesaplanır.



Eğer ürünler reaktiflerden daha fazla enerji içeriyorsa reaksiyonda ısı absorbe edilir. Bu durumda DU (süreç sabit hacimde gerçekleşiyorsa) ve DH (süreç sabit basınçta gerçekleşiyorsa) pozitif olur. Reaksiyon sonucu İç enerji ve entalpi artar. Bu tip reaksiyonlar endotermik olarak adlandırılır. Reaksiyonlarda DU ve DH negatif ise süreç sırasında iç enerji ve entalpi azalır. Bu nedenle dışarı ısı verilir. ve reaksiyon ekzotermik olarak adlandırılır. Tüm yanma tepkimeleri ekzotermiktir. Bu nedenle bu reaksiyonlarda DU ve DH negatiftir.