Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

1 KİMYASAL TERMODİNAMİK KAVRAMLARI. 2 Çevre ile enerji ve madde alışverişlerindeki ilişkilere göre izole, kapalı ve açık olmak üzere üç farklı sistem.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "1 KİMYASAL TERMODİNAMİK KAVRAMLARI. 2 Çevre ile enerji ve madde alışverişlerindeki ilişkilere göre izole, kapalı ve açık olmak üzere üç farklı sistem."— Sunum transkripti:

1 1 KİMYASAL TERMODİNAMİK KAVRAMLARI

2 2 Çevre ile enerji ve madde alışverişlerindeki ilişkilere göre izole, kapalı ve açık olmak üzere üç farklı sistem türü tanımlanır.

3 3 İzole sistemlerde çevre ile enerji ve madde alışverişi olmaz.

4 4 Kapalı sistemlerde çevre ile enerji alışverişi olur, fakat madde alışverişi olmaz.

5 5 Açık sistemlerde çevre ile hem enerji hem madde alışverişi olur.

6 6 Termodinamik özellikler: enerji (E) entalpi (H) entropi (S) serbest enerji (G) Kimyasal reaksiyonlar sırasında reaksiyona katılan maddeler (reaktantlar, substratlar) ve reaksiyon sonunda oluşan maddelerin (ürünler) enerjilerinde, entalpilerinde, entropilerinde, serbest enerjilerinde değişimler olmaktadır.

7 7 Bir molekülün enerjisi, nükleus içi enerjileri ve moleküler elektronik, translasyonal, rotasyonal, vibrasyonal enerjileri kapsar.

8 8 Kimyasal reaksiyonlar sırasında substratlar ve ürünlerdeki enerji değişimi (  E) olarak ifade edilir. E1E1 E2E2 E 2 -E 1 =ΔE

9 9 Entalpi (H), enerji ile ilişkili bir durum fonksiyonudur. Kimyasal reaksiyonlarda reaksiyon sisteminin ısı içeriğini tanımlar. H1H1 H2H2 H 2 -H 1 =ΔH

10 10 Sistemin volüm artışı veya volüm azalmasından başka iş yapılmazsa Entalpi değişikliği (  H), çevreden alınan veya çevreye verilen ısı miktarıdır.  H =  E +  (PV) H1H1 H2H2 H 2 -H 1 =ΔH

11 11 Bir kimyasal reaksiyon sırasında çevreye ısı yayılıyorsa,  H negatif (  ) ve reaksiyon ekzotermik reaksiyondur.

12 12 Bir kimyasal reaksiyon sırasında çevreden ısı alınıyorsa,  H pozitif (+) ve reaksiyon endotermik reaksiyondur.

13 13 Termodinamiğin birinci yasası Bir sistemin enerjisinde herhangi bir değişiklik çevrede eşit ve zıt bir değişikliği gerektirir. Herhangi fiziksel veya kimyasal değişimde enerjinin biçimi değişebilir, fakat evrendeki total enerji miktarı sabit kalır.

14 14 Entropi (S), kimyasal bir sistemin komponentlerinin rasgelelik veya düzensizliğidir. Sistemin düzensizliğinde herhangi bir değişiklik entropi değişikliği (  S) olarak ifade edilir. S1S1 S2S2 S 2 -S 1 =ΔS

15 15 Sistemin düzensizliğinin artması (düzenliliğin azalması) durumunda  S’nin değeri pozitifdir (+). Sistemin düzensizliğinin azalması (düzenliliğin artması) durumunda  S’nin değeri negatifdir (-).

16 16 Termodinamiğin ikinci yasası Kendiliğinden gerçekleşen herhangi bir süreçte sistem ve çevrenin total entropisi artar. “Evren kaçınılmaz olarak düzenli durumdan daha düzensiz duruma gider.”

17 17 Termodinamiğin üçüncü yasası 0 o K sıcaklıkta entropi sıfırdır

18 18 Serbest enerji (G), sistemin iş yapmak için kullanılabilir enerjisidir. Sistemin serbest enerjisinde değişiklik bir iş yapılmasıyla birlikte olur. Bu iş kimyasal iş veya kimyasal enerji şeklinde olabilir. Canlılarda enerji dönüşümü ve bu dönüşümün gerçekleşmesini sağlayan biyokimyasal olayların tümü biyoenerjetikler olarak adlandırılmaktadır. G1G1 G2G2

19 19 Serbest enerji değişikliği  G sembolü ile ifade edilir. Gibbs serbest enerjisi olarak da bilinen serbest enerji, entalpi (H) ve entropinin (S) bir fonksiyonu olarak ifade edilebilir. T mutlak sıcaklık ( o K) olduğuna göre: G1 G2 G 2 -G 1 =ΔG

20 20 Kimyasal reaksiyonlar için 298 o K (25 o C) sıcaklık, 1 atmosfer basınç, pH=0 (  H +  =1M) ve her komponent için 1 M konsantrasyon şartları, standart şartlar olarak belirlenmiştir. Biyokimyasal reaksiyonların çoğu, pH=7’ye yakın olacak şekilde iyi tamponlanmış sulu çözeltilerde meydana gelir; hem pH, hem de suyun konsantrasyonu sabit kalır. Biyokimyacılar tarafından belirlenen standart durumda pH=7 (  H +  =10  7 M) ve suyun konsantrasyonu 55,5 M’dır.

21 21 Bir reaksiyon için standart şartlar altında serbest enerji değişikliği standart serbest enerji değişikliği olarak tanımlanır ve bu,  G o sembolü ile gösterilir. Biyokimyasal standart duruma dayanan fiziksel değerler, kimyacılar ve fizikçiler tarafından kullanılanlardan ayırtetmek için üs işareti ile yazılır.

22 22 Termodinamik tanımlar Termodinamikte bir organizma, bir hücre veya birbiri ile reaksiyona giren iki madde, sistem olarak tanımlanır. Bir sistem, bir çevre içinde yer almaktadır. Sistem ve çevrenin ikisi birlikte de evreni olu ş tururlar: Bir maddenin termodinamik özellikleri; enerji (E), entalpi (H), entropi (S) ve serbest enerjidir (G). Bu özellikler ve aralarındaki ili ş kiler, termodinamik adı verilen ayrı bir bilim dalında incelenir.

23 23 Enerji (E) Enerji (E), i ş yapma kabiliyetidir; birimi jouledür (J); kalori (cal) de enerji birimi olarak kullanılır (1 cal=4,187 J). Bir molekülün enerjisi, nükleus içi enerjileri ve moleküler elektronik, translasyonal, rotasyonal, vibrasyonal enerjileri kapsar ki bunu ölçmek ve de ğ erlendirmek güçtür. Kimyasal reaksiyonlar sırasında reaksiyona katılan maddeler (reaktantlar, substratlar) ve reaksiyon sonunda olu ş an maddelerin (ürünler) enerjilerinde de ğ i ş imler olmaktadır. Entalpi (H) Entalpi (H), enerji ile ili ş kili bir durum fonksiyonudur. Entalpi de ğ i ş ikli ğ i (ΔH) de enerji de ğ i ş ikli ğ i (ΔE) ile ili ş kilidir. Sistemin basıncı (P) ve volümünün (V) ürünlerde olu ş turdu ğ u de ğ i ş iklik Δ(PV) olarak ifade edilirse, ΔH = ΔE + Δ(PV) Bir reaksiyon sabit basınç altında gerçekle ş ir ve sistemin volüm artı ş ı veya volüm azalmasından ba ş ka i ş yapılmazsa ΔH, çevreden alınan veya çevreye verilen ısı miktarıdır. ΔH pozitif (+) ise yani sistem çevreden ısı alıyorsa, reaksiyon endotermik reaksiyondur; ΔH negatif (−) ise yani sistem çevreye ısı yayıyorsa, reaksiyon ekzotermik reaksiyondur.

24 24 Entropi (S) Entropi (S) kimyasal bir sistemin komponentlerinin rasgelelik veya düzensizli ğ idir. Sistemin düzensizli ğ inde herhangi bir de ğ i ş iklik entropi de ğ i ş ikli ğ i (ΔS) olarak ifade edilir. Sistemin düzensizli ğ inin artması veya düzenlili ğ in azalması durumunda ΔS’nin de ğ eri pozitifdir (+). Sistemin düzensizli ğ inin azalması veya düzenlili ğ in artması durumunda ise ΔS’nin de ğ eri negatifdir (−).

25 25 Serbest enerji (G) Serbest enerji (G) sistemin i ş yapmak için kullanılabilir enerjisidir. Sistemin serbest enerjisinde de ğ i ş iklik bir i ş yapılmasıyla birlikte olur. Bu i ş kimyasal i ş veya kimyasal enerji ş eklinde olabilir. Serbest enerji de ğ i ş ikli ğ i de ΔG sembolü ile ifade edilir. Gibbs serbest enerjisi olarak da bilinen serbest enerji, entalpi (H) ve entropinin (S) bir fonksiyonu olarak ifade edilebilir. T mutlak sıcaklık ( o K) oldu ğ una göre: G = H − T ⋅ S ΔG = ΔH − T ⋅ ΔS

26 26 Biyolojik olmayan sistemler ısı enerjisini i ş yapmada kullanabilirken biyolojik sistemler aslında izotermiktirler ve ya ş amlarını sürdürebilmek için kimyasal enerjiyi kullanırlar. Canlılarda biyokimyasal olayların devamlılı ğ ının sa ğ lanabilmesi için enerji gereklidir ve bu enerji uygun yakıt moleküllerinden sa ğ lanmaktadır. Organizmanın yiyeceklerden bu enerjiyi elde etmesi, normal beslenme ve metabolizmayı anlamaya temel olu ş turur. Bazı malnütrisyon tipleri enerji dengesizli ğ i (marasmus) ile ili ş kilidir ve mevcut enerji depoları bo ş aldı ğ ında açlıkta ölüm gerçekle ş ir. Fazla enerjinin depolanması ş i ş manlık ile sonuçlanır ki bu durum batı toplumlarının sık rastlanılan bir hastalı ğ ıdır. Enerjinin salınım hızı, metabolik hız ile ölçülür ve memelilerde tiroit hormonları ile kontrol edilir ki tiroit i ş levlerinin bozulması hastalıklara neden olmaktadır.

27 27 Biyokimyasal reaksiyonlara eşlik eden enerji değişimleri biyokimyasal termodinamikler veya biyoenerjetikler yardımıyla incelenir. Böylece bazı reaksiyonlar gerçekleşebilirken diğerlerinin neden gerçekleşmediğini açıklayan temel prensipler ortaya çıkar. Canlılarda enerji dönüşümü ve bu dönüşümün gerçekleşmesini sağlayan biyokimyasal olayların tümü de biyoenerjetikler olarak adlandırılmaktadır. Bu bağlamda biyolojik sistemlerde enerjinin açığa çıkması, depolanması ve kullanılmasında biyoenerjetikler rol oynamaktadır.

28 28 Termodinamiğin birinci kanunu Bir sistemin enerjisinde herhangi bir de ğ i ş iklik çevrede e ş it ve zıt bir de ğ i ş ikli ğ i gerektirir. “Evrendeki total enerji miktarı sabittir.” Enerji bir ş ekilden ba ş ka bir ş ekle dönü ş ebilir. Örne ğ in bir molekülün kimyasal enerjisi ısı, elektrik veya mekanik enerji ş ekline dönü ş ebilir. Fakat evrenin bir bölümündeki enerji de ğ i ş ikli ğ i bir ba ş ka bölümdeki e ş it ve zıt bir de ğ i ş iklikle birlikte olur. Termodinamiğin ikinci kanunu Kendili ğ inden gerçekle ş en herhangi bir süreçte sistem ve çevrenin total entropisi artar. “Evren kaçınılmaz olarak düzenli durumdan daha düzensiz duruma gider.” Bir sistem en dü ş ük entalpi ve en yüksek entropiye sahip olmak e ğ ilimindedir.

29 29 Standart serbest enerji değişikliği Bir kimyasal reaksiyon denklemi, reaksiyona giren maddeler veya reaktantlar A ve B, reaksiyon sonunda olu ş an maddeler veya ürünler C ve D olmak üzere genellikle ş u ş ekilde yazılabilir: aA + bB cC +dD ΔG Bu denklemde a, b, c, ve d, sırasıyla A, B, C ve D’nin mol miktarları, ΔG de reaksiyon sırasındaki serbest enerji de ğ i ş ikli ğ idir: ΔG = G son durum − G ba ş langıç durumu Bir sistemin en dü ş ük entalpi ve en yüksek entropiye sahip olmak e ğ ilimi nedeniyle, ΔG negatif (−) ise reaksiyon ürünlere do ğ ru (sa ğ a do ğ ru) spontan olarak gerçekle ş ir. ΔG sıfır ise sistem dengededir. ΔG pozitif (+) ise reaksiyon ürünlere do ğ ru spontan olarak gerçekle ş meyecektir. Serbest enerji de ğ i ş ikli ğ i (ΔG) bir kimyasal reaksiyonun kendili ğ inden gerçekle ş ip gerçekle ş meyece ğ i hakkında en yararlı bilgiyi sa ğ lar. Serbest enerji de ğ i ş ikli ğ i için ΔG = ΔH − T ⋅ ΔS e ş itli ğ ini bildi ğ imize göre, bir biyokimyasal tepkimenin gerçekle ş me olasılı ğ ı ve boyutunu entalpi (H) ve entropi (S) belirlemektedir.

30 30 Sabit sıcaklık ve basınç altında kimyasal reaksiyonla olu ş an ürünlerin toplam serbest enerjisi reaksiyona giren maddelerin toplam serbest enerjisinden küçük ise ΔG negatifdir (ΔG 0); reaksiyon endergonik’tir. Sabit sıcaklık ve basınç altında kimyasal reaksiyonla olu ş an ürünlerin toplam serbest enerjisi reaksiyona giren maddelerin toplam serbest enerjisine e ş it ise ΔG sıfırdır (ΔG=0); sistem dengededir, sistemde herhangi bir de ğ i ş iklik olmamaktadır:

31 31 Dengeye do ğ ru spontan olarak ilerleyen herhangi bir reaksiyon için negatif (−) olan serbest enerji de ğ i ş ikli ğ i (ΔG), reaksiyon ilerlerken gittikçe daha az negatif olur; reaksiyon tarafından hiç bir i ş yapılamayaca ğ ı denge noktasında da sıfır olur. Serbest enerji de ğ i ş ikli ğ i (ΔG ), bir reaksiyonu denge durumuna itici güç olarak etkilidir. Kimyasal reaksiyonlar için 298 o K (25 o C) sıcaklık, 1 atmosfer basınç, pH=0 ([H + ]=1M) ve her komponent için 1 M konsantrasyon ş artları, standart ş artlar olarak belirlenmi ş tir. Bir reaksiyon için standart ş artlar altında serbest enerji de ğ i ş ikli ğ i de standart serbest enerji de ğ i ş ikli ğ i olarak tanımlanır ve bu, ΔG o sembolü ile gösterilir.


"1 KİMYASAL TERMODİNAMİK KAVRAMLARI. 2 Çevre ile enerji ve madde alışverişlerindeki ilişkilere göre izole, kapalı ve açık olmak üzere üç farklı sistem." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları