Kimyasal Bir Reaksiyonun Entalpisi Nasıl Hesaplanır?

Herhangi bir kimyasal reaksiyon sırasında ya çevreden ısı alınır ya da çevreye ısı salınır. Bir kimyasal reaksiyon ile çevresi arasındaki ısı alışverişi reaksiyonun entalpisi ya da H olarak bilinir. Ancak, H doğrudan ölçülemez; buna karşılık bilim insanları entalpinin zamanla değişimini (∆H olarak ifade edilir) bulmak için reaksiyon sıcaklığının zamanla değişimini kullanırlar. Bir bilim insanı ∆H ile bir reaksiyonun ısı verdiğini (veya ekzotermik olduğunu) ya da ısı aldığını (veya endotermik olduğunu) belirleyebilir. Genel olarak, ∆H = m x s x ∆T; burada m tepkiyen maddelerin kütlesi, s ürünün özgül ısısı ve ∆T reaksiyondaki sıcaklık değişimidir.

Yöntem 1

Yöntem 1 / 3:

Entalpi Problemlerini Çözmek

Makaleyi İndir

1
Reaksiyonunun ürünlerini ve tepkiyenlerini belirle. Herhangi bir kimyasal reaksiyonda iki tür kimyasal bulunur; ürünler ve tepkiyenler. Ürünler, reaksiyon sonucunda üretilen kimyasallarken tepkiyenler ürünü yapmak için etkileşen, birleşen veya parçalanan kimyasallardır. Başka bir deyişle, bir reaksiyonun tepkiyenleri bir yemek tarifindeki malzemelerken ürünler ise yapılan yemek gibidir. Bir reaksiyonun ∆H’ını bulmak için önce ürünlerini ve tepkiyenlerini tanımla.
- Örnek olarak diyelim ki hidrojen ve oksijenden su oluşum reaksiyonunun entalpisini bulmak istiyoruz: 2H₂ (Hidrojen) + O₂ (Oksijen) → 2H₂O (Su). Bu denklemde, H₂ ve O₂ tepkiyen ve H₂O üründür.
2
Tepkiyenlerin toplam kütlesini belirle. Tepkiyenlerinin kütlelerini bul. Eğer kütlelerini bilmiyorsan ve tepkiyenleri bir laboratuvar terazisinde tartma imkânın yoksa asıl kütlelerini bulmak için onların molar kütlelerini kullanabilirsin. Molar kütleler standart periyodik tablo (elementler için) üzerinden ve diğer kimya kaynaklarından (moleküller ve bileşenler için) bulunabilen sabitlerdir. Tepkiyenlerin kütlelerini bulmak için her bir tepkiyenin molar kütlesini kullanılan mol sayısı ile çarp.
- Su örneğimizdeki tepkiyenlerimiz hidrojen ve oksijen gazlarıdır ve bunların molar kütleleri sırasıyla 2 gram ve 32 gramdır. 2 mol hidrojen (H₂’nin yanındaki "2" katsayısı ile belirtilir) ve 1 mol oksijen ( O₂’nin yanında katsayı bulunmadığından) kullandığımız için tepkiyenlerin toplam kütlesini şu şekilde hesaplayabiliriz.
  2 × (2 gr) + 1 × (32 gr) = 4 gr + 32 gr = 36 gr
3
Ürününün özgül ısısını bul. Sonra, analiz ettiğin ürünün özgül ısısını bul. Her elementin veya molekülün kendisiyle ilişkili belirli bir ısı değeri vardır; bu değerler sabittir ve genellikle kimya kaynaklarında bulunur (örneğin, kimya ders kitabının arkasındaki tablolarda). Özgül ısıyı ölçmenin birkaç farklı yolu vardır fakat formülümüz için jul/gram °C biriminde ölçülen değeri kullanacağız.
- Eğer denkleminde birden fazla ürün varsa her bir ürünü üretmek için kullanılan bileşen reaksiyonu için entalpi hesaplaması yapman ve ardından tüm reaksiyonun entalpisini bulmak için bunları toplaman gerektiğini unutma.
- Örneğimizde, son ürün yaklaşık 4,2 jul/gram °C özgül ısıya sahip olan sudur.
4
Reaksiyon sonrası sıcaklık farkını bul. Sonra, reaksiyon öncesi ile sonrası arasındaki sıcaklık değişimi olan ∆T’yi bulacağız. Bu değeri hesaplamak için reaksiyonun ilk sıcaklığını (veya T1) reaksiyonun son sıcaklığından (veya T2) çıkar. Çoğu kimya işleminde olduğu gibi burada Kelvin (K) birimi kullanılmalıdır (ancak Celsius (C) da aynı sonucu verecektir).
- Örneğimiz için reaksiyonumuzun başlangıçta 185K iken bittiğinde 95K'ya kadar soğumuş olduğunu varsayalım. Bu durumda ∆T şöyle hesaplanır:
  ∆T = T2 – T1 = 95K – 185K = -90K
5
Çözmek için ∆H = m x s x ∆T formülünü kullan. Tepkiyenlerin kütlesi olan m, ürünün özgül ısısı olan s ve reaksiyonun sıcaklık değişimi ∆T elde edildikten sonra reaksiyonun entalpisi bulunabilir. Değerleri ∆H = m x s x ∆T formülünde yerine koyarak çarpımları yap. Cevap Jul (J) biriminde olacaktır.
- Örnek problemimiz için reaksiyonun entalpisi şöyle bulunacaktır:
  ∆H = (36 gr) × (4,2 JK-1 gr-1) × (-90K ) = -13.608 J
6
Reaksiyonun enerji kazanıyor ya da kaybediyor olduğunu belirle. ∆H'ın çeşitli reaksiyonlar için hesaplanmasının en yaygın nedenlerinden biri, reaksiyonun ekzotermik (enerji kaybeder ve ısı verir) veya endotermik (enerji kazanır ve ısıyı emer) olduğunun belirlenmesidir. Eğer bulduğun ∆H’ın işareti pozitifse reaksiyon endotermiktir. Diğer yandan, eğer işaret negatifse reaksiyon ekzotermiktir. Sayı ne kadar büyük olursa reaksiyon o kadar ekzo- veya endo- termik olur. Ekzotermik reaksiyonlara dikkat et; bunlar bazen büyük bir enerji salımı anlamına gelebilir ve bu eğer yeterince hızlı olursa patlamaya neden olabilir.
- Örneğimizde, cevabımız -13.608 J. İşaret negatif olduğu için reaksiyonumuzun ekzotermik olduğunu biliyoruz. Bu mantıklıdır çünkü H₂ ve O₂ gazdır ve ürün sıvıdır. Sıcak gazlar (buhar formunda) sıvı su oluşturabilecekleri noktaya kadar soğumaları için ortama ısı şeklinde enerji salmak zorundadır, yani H₂O oluşumu ekzotermiktir.
Reklam

Yöntem 2

Yöntem 2 / 3:

Entalpiyi Tahmin Etmek

Makaleyi İndir

1
Entalpiyi tahmin etmek için bağ enerjilerini kullan. Neredeyse tüm kimyasal reaksiyonlarda atomlar arası bağlar oluşur ya da kopar. Kimyasal bir reaksiyonda enerji ne yok edilebilir ne de yaratılabilir olduğundan dolayı eğer reaksiyonda oluşan (veya kopan) bağların oluşması ya da kopması için gereken enerjiyi bilirsek bu bağ enerjilerini toplayarak tüm reaksiyonun entalpi değişimini yüksek doğrulukla tahmin edebiliriz.
- Örneğin, H₂ + F₂ → 2HF reaksiyonunu inceleyelim. Bu durumda, H₂ molekülündeki H atomlarını koparmak için gereken enerji 436 kJ/mol iken F₂ için gereken enerji 158 kJ/mol’dür. Son olarak, H ve F’den HF oluşması için gereken enerji = -568 kJ/mol. Denklemdeki ürün 2HF olduğu için bunu 2 ile çarpacağız; 2 × -568 = -1136 kJ/mol. Bunları toplarsak:
  436 + 158 + -1136 = -542 kJ/mol.
2
Entalpiyi tahmin etmek için oluşum entalpilerini kullan. Oluşum entalpileri, verilen kimyasalları oluşturmak için kullanılan reaksiyonlardaki entalpi değişikliklerini temsil eden sabit ∆H değerleridir. Bir denklemde ürün ve tepkiyenleri oluşturmak için gerekli oluşum entalpilerini biliyorsan entalpiyi yukarıda açıklanan bağ enerjilerinde olduğu gibi tahmin etmek için toplayabilirsin.
- Örneğin, C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O reaksiyonuna bakalım. Bu durumda, aşağıdaki reaksiyonların oluşum entalpilerini biliyoruz:
  C₂H₅OH → 2C + 3H₂ + 0,5O₂ = 228 kJ/mol
  2C + 2O₂ → 2CO₂ = -394 × 2 = -788 kJ/mol
  3H₂ + 1,5O₂ → 3H₂O = -286 × 3 = -858 kJ/mol
  Entalpisini bulmaya çalıştığımız C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O reaksiyonunu elde etmek için bu denklemleri toplayabildiğimizden dolayı bu reaksiyonun entalpisini bulmak için yukarıdaki oluşum reaksiyonlarının entalpilerini şu şekilde toplayabiliriz:
  228 + -788 + -858 = -1418 kJ/mol.
3
Denklemleri tersine çevirirken işaretleri değiştirmeyi unutma. Oluşum entalpilerini kullanarak bir reaksiyonun entalpisini hesaplarken bileşen reaksiyonunun denklemini ters çevirdiğinde oluşum entalpisinin işaretini değiştirmen gerektiğini belirtmek önemlidir. Başka bir deyişle, tüm ürün ve tepkiyenlerinin düzgün bir şekilde birbirini götürmesini sağlamak için oluşum reaksiyonu denklemlerinin bir veya daha fazlasını ters çevirmen gerekiyorsa çevirmek zorunda olduğun formasyon reaksiyonlarının entalpileri üzerindeki işareti değiştir.
- Yukarıdaki örnekte, C₂H₅OH için kullandığımız oluşum reaksiyonunun ters olduğuna dikkat et. C₂H₅OH → 2C + 3H₂ + 0,5O₂ denklemi C₂H₅OH’ın parçalandığını gösterir, oluştuğunu değil. Tüm ürünlerin ve tepkiyenlerin düzgün bir şekilde birbirini götürmesini sağlamak için denklemi ters çevirdiğimizden dolayı, bize 228 kJ/mol vermesi için oluşum entalpisi üzerindeki işareti değiştirdik. Gerçekte, C₂H₅OH için oluşum entalpisi -228 kJ/mol'dür.
Reklam

Yöntem 3

Yöntem 3 / 3:

Entalpi Değişikliklerini Deneysel Olarak Gözlemlemek

Makaleyi İndir

1
Temiz bir kap bul ve onu suyla doldur. Basit bir deneyle entalpi prensiplerini canlı olarak görmek kolaydır. Deneyindeki reaksiyonun herhangi bir yabancı bulaşım olmadan gerçekleştiğinden emin olmak için kullanmayı planladığın kabı temizle ve sterilize et. Bilim insanları, entalpiyi ölçmek için kalorimetre adı verilen özel kapalı kaplar kullanırlar fakat küçük bir cam kavanoz ya da şişe ile kabul edilebilir sonuçlar elde edebilirsin. Kullandığın kabı temiz, oda sıcaklığında musluk suyu ile doldur. Ayrıca reaksiyonu serin, kapalı bir yerde yapmak gerekir.
- Bu deney için epey küçük bir kap gerekir. Alka-Seltzer'in su üzerindeki entalpi değiştirici etkilerini test edeceğiz, bu nedenle ne kadar az su kullanılırsa sıcaklıktaki değişim o kadar bariz olacaktır.
2
Kaba bir termometre yerleştir. Bir termometre al ve onu sıcaklık okuma ucu su seviyesinin altında kalacak şekilde kabın içine yerleştir. Suyun sıcaklığını oku; suyun sıcaklığı, reaksiyonun ilk sıcaklığı olan T1'i temsil edecektir.
- Suyun sıcaklığını tam olarak 10 derece bulduğumuzu varsayalım. Birkaç adım sonra entalpi prensiplerini göstermek için bu örnek sıcaklığı kullanacağız.
Deneye başlamaya hazır olduğunda, suya bir Alka-Seltzer tableti bırak. Hemen kabarcıklaşmaya ve köpürmeye başladığını fark edeceksin. Tablet suda çözünürken kimyasallar bikarbonat (HCO₃^-) ve sitrik aside (H⁺ hidrojen iyonları şeklinde reaksiyona girer) ayrılır. Bu kimyasallar, 3HCO₃⁻ + 3H⁺ → 3H₂O + 3CO₂ reaksiyonuna girerek su ve karbondioksit gazı oluşturur.
4
Reaksiyon bittiğinde sıcaklığı ölç. Reaksiyonu gerçekleşirken izle; Alka-Seltzer tableti yavaş yavaş çözünecektir. Tablet, reaksiyonunu bitirir bitirmez (veya yavaşlıyor gibi göründüğünde) sıcaklığı tekrar ölç. Su öncekinden biraz daha soğuk olmalıdır. Eğer daha sıcaksa deney bir dış kuvvetten etkilenmiş olabilir (örneğin, bulunduğun oda sıcak olabilir).
- Örnek deneyimiz için tablet köpürmeyi bitirdikten sonraki suyun sıcaklığı 8 derece olsun.
5
Reaksiyonun entalpisini tahmin et. İdeal bir deneyde, Alka-Seltzer tabletini suya eklediğinde su ve karbondioksit gazı oluşur (ikincisi köpüren kabarcıklar olarak görülebilir) ve suyun sıcaklığı düşer. Bu bilgiden hareketle, reaksiyonun endotermik olmasını, yani ortamdan enerjiyi emmesini bekleriz. Çözünmüş sıvı tepkiyenler, gaz hâlindeki ürüne dönüşmek için ekstra enerjiye ihtiyaç duyar, bu nedenle çevreden (bu durumda su) ısı şeklinde enerji alır. Bu da suyun sıcaklığını düşürür.
- Örnek deneyimizde, Alka-Seltzer eklendikten sonra suyun sıcaklığı iki derece düştü. Bu, hafif endotermik reaksiyon için beklenen bir durumdur.
Reklam

İpuçları

Bu hesaplamalar, santigrat gibi bir sıcaklık birimi olan Kelvin (K) kullanılarak yapıldı. Santigrat ve Kelvin arasında dönüşüm yapmak için 273 derece eklemen veya çıkarman gerekir: K = ° C + 273.

Reklam