KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ

12. sınıflar kimya dersi, kimya ve enerji konusu. Kimyada iş ve enerji kavramı. Bir sistemin iç enerjisi ve iç enerjisindeki değişim. Enerji değişimi ile ilgili örnek sorular.

Enerji, iş yapabilme yeteneğidir. İş ise bir cisme uygulanan kuvvet ile cismin kuvvet doğrultusunda yer değiştirmesi olarak tanımlanmaktadır. Bir cisme kuvvet uygulansa bile cisim yer değiştirmiyorsa bu kuvvet iş yapmış olamaz. Enerji harcansa bile iş yoktur. Bir başka deyişle sistemin enerjisi ilgili işi yapabilecek kapasitede değildir.

Bir sistem enerji harcadığında bu enerji iş olarak ya da ısı olarak ortama verilir. Çevreye verilen ısı çevre ile sistem arasındaki sıcaklık farkından kaynaklanır. İş ise sıcaklıktan bağımsızdır.

James Joule yaptığı deneylerde aynı miktardaki mekanik enerjinin hep aynı miktarda ısıya dönüştüğünü göstermiş ve ısı enerjisi ile iş arasında 1 cal = 4,18 J bağıntısını ortaya koymuştur.

Isı: Sistem ile ortam arasındaki sıcaklık farkından meydana gelen enerji akışına ısı adı verilir. Isı birimi kalori (cal) dir. 1 cal = 4,18 Joule’dür.

1 gram suyun sıcaklığını 14,5 °C den 15,5 °C ye çıkaran ısı miktarı 1 kaloridir.

Isı miktarı Q ile gösterilir.

İş: Kuvvet ile cismin kuvvet doğrultusunda yer değiştirme miktarına iş adı verilir. İş birimi joule’dür. 

1 kg kütleyi 1 m/s² ivme ile 1 metre hareket ettiren enerji miktarı 1 joule’dür.

1 joule = 1 . kg . 1 m/s² . 1 m

İş miktarı W ile gösterilir.

Bir Sistemin İç Enerjisi

Bir sistemin iç enerjisi U ile gösterilir. Sistemin iç enerjisindeki değişim ise ΔU ile gösterilir.

ΔU = U_son – U_ilk

Sisteme verilen ısının sistemde yarattığı enerji değişimi ve iş aşağıdaki bağıntıyla verilir.

ΔU = Q + W

Sistemin hacmi sabit ise yapılan iş 0 olur. Bu durumda,

ΔU = Q olur.

Sistem ısı alırsa Q nun işareti + olur.

Dışarıdan sisteme iş yapılırsa W nin işareti + olur.

Yani dışarıdan sisteme iş veya ısı enerjisi sağlandığı durumlarda iş ve ısı enerjisinin işareti pozitif olmaktadır.

Tersi durumda yani sistem dışarıya ısı verirse Q’nun işareti – olur. Sistem dışarıya iş yaparsa W’nin işareti – olur.

Yani sistem dışarıya ısı veya iş enerjisi aktarıyorsa Q nun ve W nin işareti negatif olur.

Sisteme enerji verilmesi durumunda sistem çevreye iş yapıyorsa,

Q_p = ΔU – W bağıntısı kullanılır.

Sabit hacimli bir sisteme verilen enerji Q_v ile gösterilir. Hacim sabit ise W = 0 olur. Bu durumda,

Q_v = ΔU olur.

Örnek:

Bir sisteme 600 cal ısı enerjisi verilip, sisteme karşı 300 J iş yapılıyor.

Son durumda sistemin iç enerjisindeki değişme kaç Joule’dür?

Çözüm:

Sisteme verilen ısı enerjisini joule’ye çevirelim.

Q = 600 . 4,18 J = 2508 J

Her iki enerji de dışarıdan sisteme aktarılmıştır.

ΔU = Q + W

ΔU = 2508 + 300 = 2808 J

Örnek:

Hareketli pistonlu bir kapta bulunan bir gaz 168 J ısı almakta ve dışarıya 353 J iş yapmaktadır.

Buna göre gazın iç enerjisindeki değişim kaç joule’dür?

Çözüm:

Gaz dışarıdan ısı almakta, dışarıya iş yapmaktadır. Bu durumda kullanılacak denklem,

ΔU = Q + W

ΔU = 168 + ( - 353) 

ΔU = -185 J

Gazın iç enerjisinde azalma olmuştur.

Örnek:

Sabit basınç altında 100 g su buharının sıcaklığı 100 °C den 120 °C ye çıkarılıyor. Sistemdeki serbest piston hareket ederek 1018,8 J iş yapıyor.

Son durumda sistemin iç enerjisindeki değişim kaç joule’dür?

(c_b = 0,48 cal/g °C, 1 cal = 4,18 J)

Çözüm:

Su buharı dışarıdan ısı enerjisi alıyor ve dışarıya iş enerjisi aktarıyor.

Su buharına verilen ısı,

Q = m . cb . Δt

Q = 100 . 0,48 . (120 – 100)

Q = 960 cal

1 cal = 4,18 j ise 960 cal = 960 . 4,18

Q = 4012,8 J

ΔU = Q + W

ΔU = 4012,8 + ( - 1018,8)

ΔU = 2994 J

Sistemin iç enerjisi artmıştır.

Sistemlerde Entalpi Değişimi

SANATSAL BİLGİ

26/02/2018