OLUŞMA ENTALPİLERİ

Tepkime entalpisi, tepkimenin niteliğine göre belirtilebilir: Oluşma entalpisi,yanma entalpisi, çözünme entalpisi, nötürleşme entalpisi, bağ entalpisi gibi... Bunlar içinde özellikle oluşum entalpileri iyi kavranmalıdır. Çünkü genel olarak tepkime entalpileri, oluşum entalpileriyle bulunur.

Elementlerin standart hallerinin oluşma entalpileri, sıfır kabul edilir. Eğer elementin standart koşullarda birkaç allotropu bulunuyorsa bunların en kararlısı, elementin standart halidir. Örneğin elmas, grafit ve amorf karbon, karbon elementinin allotroplarıdır. Bunların en kararlısı grafittir ve onun oluşum entalpisi sıfır alınır. Elmasın oluşum entalpisi sıfır değildir (5.2 Tablo).

C (grafit) ¾ ® C (elmas) D H° = 1.9 kJ/mol

Çözeltilerde ve iyonlar arası tepkimelerde, hidrojen iyonunun (H+) oluşum entalpisi sıfır alınmıştır.

Bileşiklerin oluşma entalpisi, o bileşiğin standart, koşullardaki elementlerinden oluşumu sırasındaki entalpi değişimidir. Örneğin kalsiyum karbonatın,CaCO3 (k), standart oluşum entalpisi denince, onu oluşturan elementlerin, 25oC ve 1 atm’deki fiziksel durumları düşünülerek, şu denklemin entalpisi (1 mol CaCO3) anlaşılır:

Ca(k) + C(k) + 3/2 O2(g) ¾ ® CaCO3 (k) D H° = – 1205 kJ/mol

Oluşma entalpileri, o bileşiklerin ısı karşısında ne derece kararlı olduğunu bildirir. Örneğin Al2O3 (k) ün oluşum entalpisi –1676 kJ/mol; B2O3 (k) ün oluşum entalpisi –1262 kJ/mol; CO2 (g)'nin –393.5 kJ/mol ve NO (g) nun +90.3 kJ/mol verileri, Al2O3 (k) ün ısısal bakımdan çok kararlı (çok düşük enerjili) olduğunu ve yüksek sıcaklıklarda bozunabileceğini gösterir. 5.2 Tabloda standart oluşum entalpileri kJ/mol birimiyle veriliyor. 5.9 Şekilde bazı bileşiklerin oluşum entalpileri karşılaştırılıyor. Bir bileşiğin oluşumu sırasında açığa çıkan enerji ne kadar büyükse, o bileşik ısısal bakımdan o derece kararlıdır.

 

 TABLO Standart Oluşum Entalpileri (25oC ve 1 atm’de) kJ/mol

 

Oluşum entalpisi Oluşum entalpisi

Madde (kJ mol-1) Madde (kJ mol-1)

CH4 (g) –74,5 NO (g) +90,3

C2H2 (g) +226,8 NO2 (g) +33,2

C2H4 (g) +52,3 NH3 (g) –46,2

C2H6 (g) –84,7 SO2 (g) –296,8

C3H6 (g) (siklopropan) +53,3 SO3 (g) –395,7

C3H8 (g) (n-propan) –103,8 O3 (g) +142,7

C4H8 (g) (siklobütan) +28,4 H2SO4 (s) – 814,0

C4H10 (g)(n-bütan) –126,1 HNO3 (s) –174,1

C5H10 (g) (siklopentan) –78,4 B5H9 (k) +73,2

C5H12 (g) (n-pentan) –146,4 B2O3 (k) –1273,5

C6H12 (g) (siklohekzan) –123,3 NaOH (k) –425,6

CO (g) –110,5 Na2O2 (k) –511,7

Elementlerin

kararlı şekilleri 0

CO2 (g) –393,5 C (elmas) +1,9

H2O (s) –285,8 H (g, atomik) +218

H2O (g) –241,8 C (g, atomik) +716,7

 ÖRNEK

Bazı bileşiklerin standart molar ouşum entalpileri şöyledir (kJ/mol):

Al2O3 (k): –1672; KClO3 (k): –390; N2O (g): 81

Entalpi değişimlerini (D H° ) de göstererek tepkime denklemlerini yazınız.

Çözüm

Verilen entalpi değişimleri 25oC ve 1 atm koşullarındaki değerlerdir. Bu koşullarda alüminyum (Al) katı; oksijen gaz (O2); potasyum (K) katı; klor gaz (Cl2) ve azot gaz (N2) halindedir. Buna göre tepkimeleri aşağıdaki gibi yazabiliriz:

2Al (k) + 3/2 O2 (g) ¾ ® Al2O3 (k) D H° = –1672 kJ/mol

K (k) + 1/2 Cl2 (g) + 3/2 O2 (g) ¾ ® KClO3 (k) D H° = -390 kJ/mol

N2 (g) + O2 ¾ ® N2O (g) D H° = +81 kJ/mol

 ÖRNEK

Alüminyum sülfatın, Al2(SO4)3, standart molar oluşum entalpisi –3440 kJ’dir. Bu tepkimeyi aşağıdakilerden hangisi gösterir?

I. 2Al+3 (aq) + 3SO4-2 (aq) ¾ ® Al2(SO4)3 (k) + 3440 kJ

II. Al2O3 (k) + 3SO3 (g) ¾ ® Al2(SO4)3 (k) + 3440 kJ

III. 2 Al (k) + 3H2SO4 (aq) ¾ ® Al2(SO4)3 (k) + 3H2 (g) + 3440 kJ

IV. 2 Al (k) + 3S (k) + 6 O2 (g) ¾ ® Al2(SO4)3 (k) + 3440 kJ

Alüminyum sülfatın standart koşullardaki elementleri Al (k), S (k) ve O2 (g) olduğu için IV. tepkime onun oluşum tepkimesidir.

ÖRNEK

SO2 (g) ve SO3 (g) maddelerinin standart oluşum entalpileri sırayla –296 kJ/mol ve –394 kJ/mol dür. Buna göre aşağıdaki tepkimenin entalpisi kaç kJ’ dir?

2SO2 (g) + O2 (g) ¾ ® 2SO3 (g)

Çözüm

Oluşum entalpilerine bağlı olarak tepkimenin entalpi değişimi, ürünlerle girenlerin entalpi değişimleri farkına eşittir.

D H =S H (ürünler) – S H (girenler)

2SO2 + O2 ¾ ® 2SO3

2(–296) 0 2 (–394)

¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥

D H° = (–788) – (–592) = –196 kJ

 DENEY

Magnezyum ile Hidroklorik Asit Arasındaki Tepkimenin Entalpi Değişiminin Ölçülmesi (Hesaplanması)

Amaç:

Kalorimetrenin tanınması ve tepkime entalpilerinin nasıl ölçüldüğünün gösterilmesi.

Araçlar ve Gereçler:

250 mL'lik erlenmayer (veya 5.10 Şekildeki gibi basit bir kalorimetre) 0.5 g magnezyum, 200 g hidroklorik asit çözeltisi d = 1.02 g/mL; c=3,9 joule/gram x derece), termometre

Kalorimetre kabı için özgül ısı verilmeli ya da bilinmelidir. Deneyimizde kabın özgül ısısı 196 joule/ oC veriliyor.

Deneyin Yapılışı:

250 mL lik kuru ve temiz bir erleni dikkatlice tartınız. Buna seyreltik hidroklorik asit çözeltisinden 204 mL (200 g) koyunuz. Bir termometre ile karıştırarak ilk sıcaklığa not ediniz. Termometre çözelti içindeyken erlenmayere 0,5 gram magnezyum metalini ekleyiniz. Termometre ile karıştırarak ulaştığınız en yüksek sıcaklığı belirleyiniz.

Tepkime:

Mg (k) + 2HCl (aq) ¾ ® MgCl2 (aq) + H2 (g)

Kalorimetre kabının yapısına göre sıcaklık değişmesi farklı olacaktır. Deneyimizde ilk sıcaklık 23oC, son sıcaklık 32,5 oC dir.

Deney Sonu Soruları

1. Tepkime sonucunda sıcaklık arttığına göre tepkime entalpisinin işareti nasıldır?

2. Sistemdeki entalpi değişimini nasıl hesaplayabiliriz?

Sıcaklık farkı 32.5 - 23 = 9.5oC. Açığa çıkan enerji, suyun ısınması (m.c.D t) ve kalorimetre kabının ısınması (9.5 x 196) için kullanılır.

9,5 x 200 x 3,9 joule + 9,5 x 196 joule = 9272 joule= 9.3 kJ. Bu ısı değişimini 0.5 g Mg ile yeterince HCl (aq) nin tepkimeye girmesi sağlanmıştır. Magnezyumun atom kütlesi 24,3 g/mol atom olduğuna göre

Mg (k) + 2HCl (aq) ¾ ® MgCl2 (aq) + H2 (g) için D H° = 108 Kkal/mol Mg olduğunu gösteriniz.