Tepkimelerde Meydana Gelen Enerji Değişimi

Fiziksel ve Kimyasal Olaylarda Enerji Değişimi

Günlük yaşamın her anında fiziksel ve kimyasal olaylarla etkileşim hâlinde bulunulur. Fiziksel ve kimyasal olaylar enerji değişimiyle gerçekleşir; bu nedenle enerji değişiminin gözlemlenebilir veya hissedilebilir yönleri yaşamı etkileyen bir faktördür. Güneş ışığı alan bir odada hissedilebilir bir enerji değişimi meydana gelir; güneş ışığı nesnelerin yüzeyine çarptığında nesnelerde ısınma veya renk değişimi gibi belirgin etkiler gözlemlenebilir. Kimyasal tepkimeler sırasında meydana gelen enerji değişimleri de benzer etkilere neden olur. Örneğin yanma olayında kimyasal enerjinin ısı enerjisine dönüşmesiyle yiyeceklerin pişmesi sağlanır; pilin bir cihazı çalıştırması veya bir aracın yakıtının yanması gibi günlük aktivitelerde de enerji değişimi gerçekleşir.

Sistem, Çevre ve Enerji Kavramları

Var olan tüm madde, enerji, uzay ve zamanı kapsayan geniş yapıya evren denir. Evrenin incelenmek üzere seçilen bölümüne sistem adı verilir. Sistem dışında kalan ve sistemle etkileşen evren parçasına çevre (ortam) adı verilir. Isı alışverişi sistem ile çevre arasında gerçekleşir; örneğin odada bulunan bir kaptaki su ısı alarak zamanla buharlaşır — bu olayda suyun buharlaşması sistemi, ısıyı aldığı oda ise çevreyi oluşturur.

Enerji, fiziksel sistemlerde iş yapma yeteneğini ifade eden bir kavramdır; nesnelerin konumları, hareketleri veya iç yapılarındaki değişikliklerle ilişkilendirilen bir özelliktir. Enerji, maddenin aksine doğrudan gözlemlenemez, ancak etkileri aracılığıyla bilinebilir; bu etkileri anlamak için sistemdeki enerji değişikliklerini belirlemek gerekir.

Termodinamiğin birinci yasası, enerjinin korunumu yasasıdır. Bu yasaya göre enerji sadece bir formdan başka bir forma (örneğin hareket enerjisinden ısı enerjisine) dönüşür ve enerji yok olmaz; bu nedenle evrenin toplam enerji miktarı sabittir.

Endotermik Tepkimeler

Endotermik tepkimeler, çevresinden ısı alarak gerçekleşen tepkimelerdir. Endotermik tepkimelerde sistem çevreden enerji soğurur; tepkime sırasında sistem çevreden enerji aldığı için sistemin çevresinde soğuma olur. Örneğin avuç içinde buzun erimesi endotermik bir süreçtir; erime esnasında buz, vücut sıcaklığındaki elden ısı alır, bu nedenle elde soğuma gerçekleşir.

Endotermik tepkimelerde ürünlerin enerjisi, tepkenlerin enerjisinden daha yüksektir. Tepkime gerçekleştiğinde sistemin enerjisi, tepken ve ürün enerji farkı kadar artar; sistem bu enerjiyi çevreden alır ve çevrenin enerjisinde azalma olur. Dolayısıyla endotermik tepkime denklemlerinde ısı, tepkenler tarafına ya da ok üzerine yazılır. Örneğin potasyum kloratın (KClO₃) ısı etkisiyle potasyum klorür (KCl) ve oksijen gazına (O₂) parçalanması endotermik bir tepkimedir: KClO₃(k) + ısı → KCl(k) + 3/2O₂(g). Endotermik gerçekleşen olaylara bazı istisnaların dışında bileşiklerin bileşenlerine ayrıştırılması, elektroliz, iyonlaşma enerjisi, fotosentez, erime, buharlaşma, süblimleşme gibi olaylar örnek verilebilir.

Ekzotermik Tepkimeler

Ekzotermik tepkimelerde çevreye ısı enerjisi salınır. Tepkime sırasında sistemin çevresine enerji vermesi nedeniyle çevresi ısınır; örneğin odunun yanması sırasında gerçekleşen tepkime ekzotermiktir.

Ekzotermik tepkimelerde tepkenlerin enerjisi, ürünlerin enerjisinden daha yüksektir. Tepkime gerçekleştiğinde sistemin enerjisi, tepken ve ürün enerji farkı kadar azalır; bu enerji farkı çevreye ısı olarak salınır ve çevrenin enerjisi artar. Dolayısıyla ekzotermik tepkime denklemlerinde ısı, ürünler tarafına yazılır. Örneğin çevresine ısı vererek gerçekleşen karbonun yanması ekzotermik bir tepkimedir: C(k) + O₂(g) → CO₂(g) + ısı. Ekzotermik gerçekleşen olaylara yanma tepkimeleri (N₂ gazının yanması hariç), nötralleşme tepkimeleri, bağ oluşumu, pil tepkimeleri, uyarılmış atomların temel hâle geçmesi, gazların suda çözünmesi, solunum, yoğunlaşma, donma, kırağılaşma gibi olaylar örnek olarak verilebilir.

Günlük Yaşamdan Örnekler

Kalsiyum klorür (CaCl₂) buz ve karın eritilmesinde etkili şekilde kullanılan kimyasal bir bileşiktir; suda çözündüğünde ısı açığa çıkar ve açığa çıkan bu ısı çevresindeki buzu eritir. Ayrıca kalsiyum klorür suda çözündüğünde iyonlarına ayrışır ve çözeltinin donma noktasını düşürür; bu sayede buzlanmayla mücadelede kullanılır.

Termit tepkimesi, alüminyum ile demir(III) oksit arasında gerçekleşen ve enerjinin ısı şeklinde açığa çıktığı bir tepkimedir; açığa çıkan ısı tren raylarının kaynak işlemlerinde kullanılır: 2Al(k) + Fe₂O₃(k) → Al₂O₃(k) + 2Fe(s) + ısı.

Özet

• Sistem, incelenen evren bölümüdür; çevre ise sistemle etkileşen geri kalan kısımdır. Termodinamiğin birinci yasasına göre enerji yalnızca form değiştirir, yok olmaz.
• Endotermik tepkimelerde sistem çevreden ısı alır (ürünler tepkenlerden enerjice daha yüksektir); erime, buharlaşma, fotosentez, elektroliz bu türe örnektir.
• Ekzotermik tepkimelerde sistem çevreye ısı verir (tepkenler ürünlerden enerjice daha yüksektir); yanma, nötralleşme, donma, solunum bu türe örnektir; kalsiyum klorürün buzu eritmesi ve termit tepkimesi ekzotermik tepkimelere somut örneklerdir.