ENTROPİ ÇÖZÜMLÜ SORULAR

Kimya dersi, termodinamik konusu. Termodinamiğin 2. ve 3. yasası ile ilgili hesaplamalar. Entropi hesaplamaları. Gibbs serbest enerjisi ile ilgili çözümlü sorular.


Örnek – 1 

100 g buzun 0 °C de erimesi sonucu sistemin entropi değişimi ne olur?

(Le = 80 cal/g, 1 cal = 4,18 J)


Çözüm:

Burada sorulan soru sadece buzun erimesi ile ilgilidir. 100 g buz erirse entropisi artar mı, azalır mı?

Buzun entropisindeki değişim bulunduğu ortamın entropisini nasıl etkiler? Bu soruların cevabını bulabiliriz.

Bir maddenin katı, sıvı ve gaz hallerindeki değişiminin entropisi aşağıdaki gibi bulunur.

S = Q
T



Buz erirken ortamdan ısı alacağından Q/T oranının işareti pozitif olur. 100 g buz erirken ortamdan aldığı ısı enerjisini Kelvin ölçeğine bölersek entropisini buluruz.

Q = 80 . 100 = 8000 cal

Q = 8000 . 4,18 = 33440 J

T = 273 K 

S = 33440
273




= 122,5 J/K

Sistemde bulunan buz erirken ısı almıştır. Bu nedenle entropisi artmıştır. Sistemin bulunduğu ortam ise sisteme ısı vermiştir, bu nedenle entropisi azalmıştır.

Ortamın entropisi – 122,5 J/K dir.


Örnek – 2 

0 °C deki 2,5 mol buz 25 °C sıcaklığında bir ortamda tamamen eriyerek sıvı hale geçmektedir. 

Buna göre aşağıdaki bilgilerden yararlanarak sistem, çevre ve toplam entropi değişimlerini bulunuz.


Buzun 0 °C deki entropisi: 43 j/K.mol

Buzun 25 °C deki entropisi: 70 j/K.mol


Çözüm:

Sistemdeki entropi değişimi,

ΔSsistem = ΔS25 °C  - ΔS0 °C

ΔSsistem = 2,5 . 70 – 2,5 . 43 

= 67,5 j/K.mol → Sistemde entropi artmıştır.

ΔSçevre = - H
T




Buzun erimesi için gereken ısı,

Q = m.Le

m = 2,5 . 18 = 45 g

Q = 45 . 80 = 3600 cal

3600 cal = 3600 . 4,18 = 15048 J

25 °C = 173 + 25 = 298 K

ΔSçevre = - 15048
298 




= - 50, 5 j/K → Ortamdaki entropide azalma vardır.

Toplam entropi,

ΔStoplam = ΔSsistem + ΔSçevre 

= 67,5 + ( - 50,5) 

= 17 j/K

ΔS > 0 olduğundan tepkime istemli gerçekleşmiştir. Çevrenin entropisi azalmış sistemin ve evrenin entropisi artmıştır. 


Örnek – 3 

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O      ΔH° = - 1368 kJ

ΔSsistem = -270 j/K

Yukarıdaki bilgilere göre standart koşullarda gerçekleşen,

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

Tepkimesinin standart oluşum serbest enerjisini hesaplayınız. Tepkimenin istemli olup olmadığını açıklayınız.


Çözüm:

Tepkimenin standart oluşum serbest enerjisi aşağıdaki denklemle verilir.

ΔG° = ΔH° - T.ΔS°

Tepkime standart koşullarda gerçekleştiğine göre T = 273 + 25 = 298 Kelvindir.

Sistemin entalpi değişimini kJ biçiminde yazarsak,

-270 j/K = - 0,270 kJ/K

 ΔG° = - 1368 – (298. (- 0,270))

ΔG° = - 1368 + 80,46

ΔG° = - 1287, 54 kJ

ΔG° < 0 olduğundan tepkime istemlidir, yani kendiliğinden gerçekleşir.


Örnek – 4 

SNH3 = 193 J/mol.K

SH2 = 131 J/mol.K

SN2 = 192 J/mol.K

Yukarıdaki entropi değerlerine göre,

N2 + 3H2 → 2NH3     ΔH = -47 kJ

Tepkimesinde sistem, ortam ve toplam entropilerini hesaplayınız.


Çözüm:

ΔSsistem = ΔSürünler - ΔSgirenler

ΔSsistem = 2 . 193 – [192 + (3.131)]

ΔSsistem = - 199 J/ K

Sistem entropisi, tepkimenin entropisidir.

ΔSortam = -ΔH
T




-47 kJ = - 47000 J

ΔSortam = -( - 47000)
298




ΔSortam = 157,7 J/ K


ΔStop = ΔSsistem + ΔSortam

= - 199 + 157,7

= - 41,3 J/ K

ΔStop < 0 olduğundan sistemin toplam entropisi azalmıştır, tepkime istemsiz gerçekleşen bir tepkimedir.


Örnek – 5 

2SO2 + O2 → 2SO3

Tepkimesi standart koşullarda gerçekleşmektedir. Tepkimenin entropisini hesaplayınız. İstemli olup olmadığını belirtiniz.

ΔHSO2 = -296 kJ

ΔHSO3 = -395 kJ


SSO2 = 248 J/ K

SO2 = 205 J/ K

SSO3 = 257 J/ K


Çözüm:

Öncelikle entalpiyi hesaplayalım.

ΔH° = ΔHürünler – ΔHgirenler

ΔH° = – 2.395 – 2(-296)

ΔH° = – 198 kJ


Şimdi entropi hesaplarını yapalım. Sistem entropisi, tepkimenin entropisidir.

ΔSsistem = ΔSürünler - ΔSgirenler

ΔSsistem = 2.257 – (205 + 2.248)

ΔSsistem = - 187 J/ K


Ortam entropisini bulalım.

ΔSortam = - ΔH
T




Standart koşullar 25 °C sıcaklık ve 1 atm basınçtır.

T = 273 + 25 = 298 K

ΔSortam = - -198000
298




= 664 J/K


Toplam entropi değişimi, evrenin entropisidir.

ΔStop = ΔSsistem + ΔSortam 

ΔStop = - 187 + 664

= 477 J/K

Toplam entropi pozitiftir. Bu olay entropinin artacağını ve olayın kendiliğinden gerçekleşeceğini gösterir. Tepkime istemli bir tepkimedir.


Örnek – 6 

C2H2 + 2H2 → C2H6

Tepkimesi standart koşullarda gerçekleşmektedir.

ΔHC2H2 = +227 kJ

ΔHC2H6 = - 84 kJ 


SC2H2 = 201 j/K.mol

SH2 = 131 j/K.mol

SC2H6 = 230 j/K.mol


Tepkime serbest enerjisini ve toplam serbest enerjisini hesaplayarak tepkimenin istemli olup olmadığını açıklayınız.



Çözüm:

ΔH° = ΔHürünler – ΔHgirenler

ΔH° = - 84 – 227

= - 311 kJ

ΔSsistem = ΔSürünler - ΔSgirenler

ΔSsistem = 230 – (201 + 2.131)

ΔSsistem = - 233 J/K

ΔG = ΔH – T.ΔS

ΔG = –311000 – 298(-233)

ΔG = –311000 + 69434

ΔG = –241566 J/K

= –241,566 kJ/K


ΔG < 0 olduğundan tepkime istemli olarak gerçekleşir.


Entalpi Değişimi Çözümlü Sorular

Termodinamiğin 3. Yasası Entropi Konu Anlatımı


SANATSAL BİLGİ

10/03/2018

  • YORUM YAZ
  • ADI SOYADI(veya nick)
  • YORUM
COPYRIGHT© HER HAKKI SAKLIDIR
Sitede Yer Alan Bilgi Belge Ve Materyallerin İzinsiz olarak Kopyalanması ve Alıntılanması Yasaktır

SANATSAL BILGI