KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ SİSTEMLERDE ENERJİ DEĞİŞİMİ İSTEMLİLİK MİKDAT ACER KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ TERMODİNAMİK Fiziksel ve kimyasal değişmelerin enerji alış - verişi ile yürüdüğünü daha önceki konularımızda öğrenmiştik. Bu tür değişmeler sırasında ısı, iş ve diğer enerji şekilleri arasındaki dönüşümleri ve ilişkileri inceleyen bilim dalına termodinamik adı verilir. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ TERMODİNAMİK Termodinamiğin doğuşu ısıdan iş elde etmek için yapılan çalışmalara dayanır. Son yüzyılda çok gelişen termodinamik bilimi fiziksel ve kimyasal tüm olayların incelenmesinde etkin bir araç olarak kullanılmaktadır. Termodinamiğin temel yasalarına dayanarak fiziksel ya da kimyasal bir olayın verilen koşullarda kendiliğinde olup olmayacağını da önceden bilebiliriz. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

BÖLÜM I: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

EVREN, ORTAM (ÇEVRE), SİSTEM KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Sistem, evrenin incelemek istediğimiz kısmıdır; kimyada, sistem genellikle üzerinde çalışılan numune veya tepkime karışımıdır. İncelenen sistemin içinde bulunduğu yer ise ortam (çevre) olarak adlandırılır. Sistemi çevreden ayıran yüzeye ise, sistem sınırı denir. Sistem ve çevre ikisi birlikte evreni oluşturur. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Bir beherdeki asit – baz tepkimesi bir sistemi gösterirken, bu beher dışında kalan her şey ortamı oluşturmaktadır. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Laboratuvarda bir tüp içinde yürüttüğümüz basit bir reaksiyon sistem, tüpün kendisi sistem sınırı, içinde bulunduğumuz laboratuvar ise ortamdır. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Not: Sistemler; madde ve enerji alışverişine göre; izole sistem, açık sistem ve kapalı sistem olmak üzere 3 ana gruba ayrılırlar. Ayrıca açık ve kapalı sistemler izotermal, sabit basınçlı (izobarik) ve sabit hacimli (izokorik) sistemler gibi bazı özelliklerine göre sınıflandırılabilirler. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

İZOLE (YALITILMIŞ) SİSTEM KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Çevreyle hiçbir alış – verişin olmadığı sistemlerdir. Bu tür sistemlerde kütle ve enerji sabittir, değişmez. Gerçekte % 100 izole sistem yoktur. Fakat madde ve enerji alışverişi çok çok küçük olduğu için ihmal edilir. Örnek: Bir termostaki sıcak çay, termostaki soğuk su… KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ KAPALI SİSTEM Çevreyle sadece enerji alışverişinin olduğu, madde alış verişinin olmadığı sistemlerdir. Örnek: Ağzı kapalı bir erlendeki sıcak su Buzdolabına konulan gazoz… KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ AÇIK SİSTEM Çevreyle hem madde hem de enerji alışverişinin olduğu sistemlerdir. Örnek: Ağzı açık bir beherdeki sıcak kahve Bardaktaki çay… KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ İZOTERMAL SİSTEM Sıcaklığı sabit tutulan sistemlerdir. Bu tür sistemlerde her türlü enerji alış verişi vardır. Örnek: İnsan vücudu Buzdolabının içi… KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ İZOBARİK (SABİT BASINÇLI) SİSTEM Basıncı sabit olan sistemlerdir. Bu tür sistemlerde iş ve ısı alış verişi vardır. İnceleyeceğimiz çoğu fiziksel ve kimyasal olaylar atmosfer basıncı altında yürüdüğünden birer sabit basınçlı sisteme örnektir. Örnek: İdeal pistonlu kaptaki yanma tepkimesi Açık hava basıncı altında gerçekleşen tüm olaylar… KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

İZOKORİK (SABİT HACİMLİ) SİSTEM KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Hacmi sabit olan sistemlerdir. Hacmi sabit sistemlerde hacim değişimi olmadığından iş alış verişi de sıfırdır. Örnek: Çelik kaptaki asit – baz tepkimesi Düdüklü tencere Cam şişedeki meyve suyu KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Aşağıdaki ifadelerden hangileri doğrudur? Sistem ve ortam, evreni oluşturan temel elemanlardır. Sistem ve ortam arasında madde alış – verişi olmayan sistemlere kapalı sistem denir. İzobarik bir sistem aynı zamanda izotermal olabilir. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Aşağıdaki ifadelerden hangileri doğrudur? Madde ve enerji alış – verişinin olmadığı sistemlere izole sistem denir. Hacmi sabit tutulan sistemlere izokorik sistem denir. İzotermal sistemlerde madde alış – verişi olmaz. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Termokimya ile ilgili olarak aşağıdaki yargılardan hangisi yanlıştır? Fiziksel ve kimyasal değişimlerdeki ısı alış – verişini inceler. Sistem ve ortam arasındaki ısı alış verişini inceler. Termo ısı anlamına, dinamik hareket anlamına gelir. Evrendeki toplam enerji sabittir. Maddeler arası etkileşimler sonucu var olmayan bir enerjinin oluşumunu inceler. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Aşağıdaki sistemlerden hangisi açık sisteme örnektir? Termostaki çay Termometredeki civa Kalorimetredeki metanol İnsan vücudu Buz torbası KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ ENERJİ VE ENERJİ TÜRLERİ Enerji: iş yapabilme kapasitesi ya da ısı verme yeteneği olarak tanımlanabilir. Örneğin, yakıt kimyasal enerjiye sahiptir; yandığı zaman ısı açığa çıkar ve ısı enerjisine dönüşür. Bu enerjinin bir kısmı, Termodinamik Kanunlara uygun olarak mekanik işe dönüşebilir. Enerjinin korunumu yasası gereğince enerji yoktan var edilemez ve var olan enerji yok edilemez. Buna karşılık enerji bir formdan başka bir forma dönüştürülebilir ve bir yerden başka bir yere transfer edilebilir. SI birim sistemlerinde ısı ve enerji birimi joule (J) ile verilir. 1 cal = 4.184 joule KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Kinetik Enerji: Hareket halindeki bir maddenin oluşturduğu enerjiye kinetik enerji denir. Yani kinetik enerji cismin hareket enerjisidir. NOT: Kinetik enerji sadece sıcaklığa bağlıdır. Mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. Ek=3/2 . k . T Potansiyel Enerj: Herhangi bir kütlenin, konumuna eşlik eden enerjiye potansiyel enerji denir. Burada enerjinin kaynağı, yer çekiminin kütle üzerindeki etkisidir. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ İÇ ENERJİ ( U ) Bir sistemin sahip olduğu toplam enerjiye İç Enerji denir. İç Enerji, tüm taneciklerin kinetik enerjileri ile taneciklerin birbiriyle etkileşmesi sonucu oluşan potansiyel enerjilerinin toplamıdır. U sembolü ile gösterilir. U = U0 + Utitreşim + Udönme + Uöteleme + Uelektron + Uçekirdek Buradaki enerjiler; sırasıyla kütleye karşılık gelen durgun iç enerji, titreşme hareketlerinden kaynaklanan enerji, dönme hareketlerinden kaynaklanan enerji, öteleme hareketlerinden kaynaklanan enerji, elektronik hareketlerden kaynaklanan enerji ve radyoaktiflikten kaynaklanan enerji şeklindedir. Tek atomlu gazlarda tanecikler yalnızca öteleme hareketi yapar. Bu gazlar He, Ne ve Ar gibi soy gazlardır. Bu taneciklerde öteleme hareketinin enerjisi kinetik enerjiye eşittir. Ancak yapısında en az iki tane atom bulunduran moleküler yapıdaki taneciklerde öteleme hareketleri ile birlikte titreşim ve dönme hareketleri de vardır. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ İç enerji entalpi gibi bir hal özelliğidir. İç enerjideki değişimler ∆U, iş W ve ısı Q ile gösterilirse, ∆U için aşağıdaki eşitlikler yazılabilir. Bir sistemin sahip olduğu iç enerji doğrudan ölçülebilen bir nicelik değildir. Sistemde oluşan farklı iki durumun karşılaştırılması sonucunda meydana gelen enerji değişimi ölçülebilir. ∆U = Uson – Uilk ∆U = Q + W KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Aşağıdaki olaylardan hangilerinde maddenin iç enerjisi azalır? Tereyağının erimesi. Su buharının yoğunlaşması. Civanın genleşmesi. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Aşağıdaki olaylardan hangilerinde maddenin iç enerjisi artar? Ağzı açık kaptaki alkolün zamanla buharlaşması. Oda sıcaklığına bırakılan buzun erimesi. Oda sıcaklığındaki suyun sıcaklığının 40 oC ‘ye çıkartılması. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ ISI ve SICAKLIK Sistem ile ortam arasındaki sıcaklık farkından ileri gelen enerji alışverişine ısı adı verilir. Isı, sıcaklık farkıyla bir maddeden diğerine taşınabilen bir enerji şeklidir. Isı akışı daima sıcak maddelerden soğuk maddelere doğrudur. Sıcaklık ise ısı akışının yönünü belirleyen hal değişkenidir; ısının ölçüm tanımlamasını yapan bir birimdir, enerji değildir. Ayrıca sıcaklık termometre ile ölçülür ve derece denilen farklı ölçeklerle verilir, ısı ise kalorimetre ile ölçülür ve kalori veya joule gibi enerji birimlerinden biri ile verilir. Örneğin “ Isı, Yozgat’ta 30 0C ‘dir.” ifadesi yanlışken doğrusu “ Sıcaklık Yozgat’ta 30 0C ‘dir.” şeklinde olmalıdır. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ ISI ve İŞ Sistem ile ortam arasındaki basınç farkından doğan enerji akışına iş (mekanik iş ) adı verilir. Enerji, bir sistemin iş yapabilme kapasitesi olarak adlandırıldığına göre enerjisi fazla olan sistemlerin iş yapabilme kapasiteleri de fazladır. Mekanik işin ısıya, ısının da mekanik işe dönüşebileceğini ilk defa Benjamin Thomson ileri sürdü. Isı ve işin birbirine eşit olduğu ise 1843 yılında James Joule tarafından doğrulandı. Joule yaptığı deney çalışmalarında aynı miktardaki işin daima aynı miktarda ısıya dönüştüğünü bulmuştur. Isı, sıcaklık farkından dolayı sistemden ortama veya ortamdan sisteme aktarılan enerji iken; İş, sıcaklık farkına bağlı olmaksızın aktarılan enerjidir. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Isı ve sıcaklık kavramları, aşağıdakilerin hangisinde yanlış kullanılmıştır? ( ÖSS 2001 ) Arı suyun normal kaynama sıcaklığı 100 oC tır. Sağlıklı bir kişinin vücut ısısı 36,5 oC tır. Buzdolabının soğutucu bölmesinde sıcaklık yaklaşık 5 oC tır. Odun kömürünün yanma ısısı 8000 kal/g dır. 1 kalori, 1 gram arı suyun sıcaklığını 1 oC yükseltir. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Sıcaklık ve ısı kavramları aşağıdakilerin hangisinde yanlış kullanılmıştır? ( YGS 2010 ) Bugün hava sıcaklığı en yüksek 22 °C ölçülmüştür. Yünlü giysiler genellikle sıcaklığı 30 °C’nin altında olan suda yıkanır. Kış aylarında Antalya ile Kars arasındaki sıcaklık farkı 20 °C olabilir. Isı iletimi sıcaktan soğuğa doğrudur. Tahta, sıcaklığı iletmez. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Aşağıdaki ifadelerden hangileri doğrudur? Sistem ile ortam arasındaki basınç farkından ileri gelen enerji akışına iş denir. Sistem ile ortam arasındaki sıcaklık farkından ileri gelen enerji akışına ısı denir. Sıcaklık farkı ısı akışının yürütücü kuvvetidir. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Aşağıdaki ifadelerden hangileri doğrudur? Enerji akışı sadece sıcaklık farkından oluşur. Mekanik iş ısı dönüşümünde, aynı miktar iş daima aynı miktar ısıya dönüşür. Sıcaklık termometre ile ısı kalorimetre ile ölçülür. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Sabit Hacimli Sistemlerde Isı ve İş: Sabit hacimli bir kapta bulunan bir miktar gaz ısıtıldığında kabın sıcaklığı artar. Buna bağlı olarak kinetik enerjisinde de bir artış olur. Ancak hacim değişmediğinden yapılan mekanik iş yoktur. Bu durumda sistemin yaptığı iş w = 0 olur. Bu durumda sabit hacimli bu sisteme verilen ısının tamamı sistemin iç enerjisinin artmasına neden olmuştur. Bu durumda denklemler; Qv = ∆U + w ve w = O ⇾ Qv = ∆U KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Sabit Basınçlı Sistemlerde Isı ve İş: Sabit basınçlı bir silindirde bulunan gaz sıcaklık etkisi ile genleştirilirse piston yukarıya doğru hareket eder ve hacim artışı olur. Oluşan bu hacim değişimi sistemin yaptığı mekanik işe bir örnektir. İlk durumdaki sisteme dışarıdan Q kadarlık bir enerji verildiğinde piston basıncın tekrar aynı durumda kalabilmesi için pistonu yukarı doğru iterek bir iş yapmış olur. Aynı zamanda sıcaklık yükselmesiyle birlikte iç enerjide de bir artma olur. Ancak iç enerjideki değişime yapılan işin bir etkisi yoktur. Yani sisteme verilen enerjinin bir kısmı iç enerjiyi artırırken bir kısmı da iş olarak kullanılmıştır. Bu durumda denklem : Qp = ∆U + w KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Qp ve Qv değerlerinin Karşılaştırılması Qv = ∆U ve Qp = ∆U + w Qv ≠ Qp KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Aşağıdaki ifadelerden hangileri doğrudur? James Joule yaptığı çalışmalar sonucunda var olan enerjinin gerçekleşen değişimler sırasında bir formdan başka bir forma sürekli dönüşüm içerisinde olduğunu kanıtlamıştır. Sabit basınçlı bir kapta gerçekleşen olaylar sırasında sisteme verilen enerjinin bir kısmı iş olarak harcanır. Sabit hacimli bir kaptaki gaz ısıtıldığında harcanan enerjinin tamamı sistemin kinetik enerjisinin artışı için kullanılır. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ TERMODİNAMİĞİN SIFIRINCI KANUNU Termodinamiğin dört yasasından en basiti olan sıfırıncı yasa 1931 yılında R.H.Fowler tarafından termodinamik yasalarının en son ortaya konulanıdır. Bu yasaya göre, İki cisim üçüncü bir cisimle sıcaklıkça eşdeğer ise, bu iki cisim birbiriyle de sıcaklıkça eşdeğerdir. Bir başka şekilde izah edecek olursak, cisim A ile cisim B termal dengede ise iki cismin de sıcaklıkları aynı olma koşulu sağlanmıştır. Eğer cisim B ile cisim C de termal dengede ise, cisim A ile cisim C de termal dengede olmak durumundadır. O halde bu koşulda TA=TB=TC durumu sağlanabilir. TA = TB ve TA= TC ise TB= TC dir. Sıfırıncı Yasa, sıcaklık kavramına ve sıcaklık ölçüm aracı olan bir termometrenin kullanımına açıklık getirir. Termodinamik sıcaklık skalasında sıcaklıklar T ile gösterilir ve Kelvin (K) cinsinden verilir. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ KANUNU Çok sayıda bilim adamının 18. yüzyılın sonları ve 19. yüzyılın başlarında ısı ve mekanik iş arasında bir ilişki aramaları sonucu termodinamik bilimi doğmuştur. 1840 yılında ısı ve mekanik işin enerjinin iki ayrı şekli olduğu, çeşitli enerji şekillerinin birbirine dönüştürülebileceği ve enerjinin korunumlu olduğu anlaşılmıştır. Böylece termodinamiğin I. Yasası olan, “Enerjinin Korunumu Kanunu” ortaya çıkmıştır. Bu yasaya göre enerji, bir enerji türünden başka bir enerji türüne dönüştürülebilir fakat enerji yoktan var edilemez ya da var olan enerji yok edilemez. Bu nedenle evrenin toplam enerjisi sabittir. ∆U = Q + W ΔU= Enerji değişimi Q = Isı enerjisi W = İş KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Sisteme giren enerji + q Sistemden çıkan ısı – q Sisteme yapılan iş + w Sistemin yaptığı iş – w KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Bir miktar gaz 25 J lük ısı alıp genleştirilerek, dışarı 243 J lük bir iş yapıyor. Sistemin iç enerji değişimi nedir? KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Bir sistemin iç enerjisi 125 J azalırken, çevreden 54 J ısı alıyor. Yapılan iş kaç j dür? KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ Örnek: Bir sisteme 225 kJ eşdeğerinde ısı ve 185 kJ değerinde iş verildiğinde sistemdeki iç enerji değişimi nedir? KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ