Standart Oluşum Entalpisi ve Standart Tepkime Entalpisi

Standart Oluşum Entalpisi Tanımı

1 atm ve 25 °C'ta bir maddenin, elementlerinin en kararlı hâllerinden oluşumu sırasındaki entalpi değişimine standart oluşum entalpisi denir. ΔH°f ya da ΔH°ol ile gösterilir; üs indis olarak kullanılan "o" işareti standart değeri gösterir. Oluşan bileşik 1 mol ise entalpi değişimi standart molar oluşum entalpisi olarak ifade edilir.

25 °C sıcaklık ve 1 atm basınçta elementlerin en kararlı hâlinin standart oluşum entalpisi sıfır kabul edilir; diğer hâllerinin oluşum entalpileri sıfır değildir. Örneğin karbon, grafit şeklinden başka elmas şeklinde de bulunur; standart şartlarda grafit elmasa kıyasla daha kararlıdır, bu yüzden ΔH°f(grafit) = 0 iken ΔH°f(elmas) = 1,9 kJ/mol'dür. Benzer şekilde O₂(g), N₂(g), Cl₂(g), Na(k), Ca(k), Hg(s), H₂(g), P(beyaz) gibi elementlerin en kararlı hâllerinin standart oluşum entalpileri sıfırdır.

Standart hâlde etanolün oluşumuna ait 2C(grafit) + 3H₂(g) + 1/2O₂(g) → C₂H₅OH(s), ΔH°f = −277,7 kJ/mol tepkimesi incelendiğinde tüm elementlerin en kararlı hâlinde olduğu görülmektedir. Bileşiklerin standart oluşum entalpisi endotermik veya ekzotermik olabilir: örneğin 1/2N₂(g) + O₂(g) → NO₂(g) tepkimesinde (ΔH°f = +33,2 kJ/mol) NO₂'nin standart hâldeki elementlerinden oluşması endotermik bir tepkimeyken, C(k) + O₂(g) → CO₂(g) tepkimesinde (ΔH°f = −393,5 kJ/mol) CO₂'nin oluşumu ekzotermik bir tepkimedir.

Standart Tepkime Entalpisi

25 °C sıcaklıkta ve 1 atm basınçta, tepkime sırasında meydana gelen enerji değişimine standart tepkime entalpisi denir ve ΔH°Tepkime sembolüyle gösterilir. Standart oluşum entalpi verilerinden faydalanarak kimyasal bir tepkimenin standart entalpi değişimini hesaplayabilmek için aşağıdaki matematiksel model kullanılır:

ΔH°Tepkime = ΣnΔH°f (ürünler) − ΣnΔH°f (tepkenler)

Burada "n" sembolü tepkimedeki her bir maddenin katsayısıdır. aA + bB → cC + dD şeklindeki bir tepkime için entalpi değişimi ΔH°Tepkime = [cΔH°f(C) + dΔH°f(D)] − [aΔH°f(A) + bΔH°f(B)] şeklinde hesaplanır.

Hesaplama Örneği: Metanolün Yanması

Metanolün (CH₃OH) yanma tepkimesinin entalpi değişimi, standart oluşum entalpi değerlerinden yararlanarak hesaplanabilir. CH₃OH(g), CO₂(g) ve H₂O(g) bileşiklerinin standart oluşum entalpileri sırasıyla −200,7 kJ/mol, −393,5 kJ/mol ve −241,8 kJ/mol'dür. Buna göre 2CH₃OH(g) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 4H₂O(g) tepkimesinin entalpi değişimi şöyle hesaplanır:

ΔH°Tepkime = ΣnΔH°f(ürünler) − ΣnΔH°f(tepkenler) = [2ΔH°f(CO₂) + 4ΔH°f(H₂O)] − [2ΔH°f(CH₃OH) + 3ΔH°f(O₂)] = [2 × (−393,5) + 4 × (−241,8)] − [2 × (−200,7) + 3 × 0] = −1352,8 kJ

Sonucun negatif olması, metanolün yanma tepkimesinin ekzotermik olduğunu gösterir.

Tepkime Entalpisini Etkileyen Faktörler

Bir tepkimenin entalpisi çeşitli faktörlere bağlı olarak değişir. Maddenin fiziksel hâli (katı, sıvı, gaz) farklı potansiyel enerjilere sahip olduğundan tepkime entalpisini etkiler; örneğin kuru buz (katı CO₂) ile CO₂ gazının oluşumu sırasında açığa çıkan ısı miktarı farklıdır. Bir tepkimenin entalpisi ayrıca tepkimenin gerçekleştiği ortamdaki sıcaklık ve basınca bağlı olarak değişir. Son olarak bir tepkimenin entalpisi madde miktarına bağlı olarak değişir; örneğin sinek kuşları çok hızlı metabolizmaları nedeniyle bir günde vücut ağırlıklarının yaklaşık yarısı kadar nektar tüketerek yüksek miktarda enerji elde ederler; tepken miktarı arttıkça açığa çıkan toplam enerji de artar.

Özet

• Standart oluşum entalpisi, bir maddenin 1 atm/25°C'ta elementlerinin en kararlı hâllerinden oluşumu sırasındaki entalpi değişimidir; elementlerin en kararlı hâlinin standart oluşum entalpisi sıfır kabul edilir (örneğin grafit 0, elmas 1,9 kJ/mol).
• Standart tepkime entalpisi ΔH°Tepkime = ΣnΔH°f(ürünler) − ΣnΔH°f(tepkenler) formülüyle hesaplanır; metanolün yanma tepkimesi bu yöntemle −1352,8 kJ (ekzotermik) olarak hesaplanabilir.
• Tepkime entalpisi maddenin fiziksel hâlinden, ortamın sıcaklık/basıncından ve tepkimeye giren madde miktarından etkilenir.