TERMODİNAMİĞİN ÜÇÜNCÜ YASASI

Termodinamiğin üçüncü yasası. Mutlak sıfır noktasında entropi. Kimyasal tepkimelerin entropileri. Standart mutlak entropi. Konu anlatımı ve çözümlü örnekler.

Termodinamiğin üçüncü yasası maddelerin sıcaklıkları düştükçe entropilerinin azalacağını ve bir noktada 0 olacağını açıklar.

Termodinamiğin Üçüncü Yasası

Bütün saf element ve bileşiklerin hatasız kristallerinin entropileri mutlak sıfır sıcaklığında 0 olur.

Gaz hali maddelerin en düzensiz halidir. Gaz halindeki bir maddeden ısı çekildikçe sıcaklığı düşer, bir noktada sıvı hale gelir Sıvı haldeki entropisi gaz haline göre daha az, moleküllerinin yerleşimi daha düzenlidir. Sıvıdan da ısı çekilmeye devam edilirse gittikçe soğuyan sıvı madde bir noktada katı hale gelir. Katı halde maddenin entropisi sıvı haline göre daha azdır ve molekülleri daha düzenlidir. Katı haldeki bir madde soğutulmaya devam edilirse sıcaklığı düşmeye devam eder, sıcaklık düştükçe moleküller iyice birbirine yaklaşır ve düzenliliğini artırır. Bir noktadan sonra madde mümkün olan en düzenli haline ulaşır ve maddenin entropisi sıfır olur.

Mutlak sıcaklık (0 K) noktasında tüm maddelerin en düzenli halinde olduğu ve entropilerinin sıfır olduğu kabul edilir.

Standart Mutlak Entropi

Bir maddenin standart koşullarda (1 atm basınç, 25 °C sıcaklık) entropisine "Standart Mutlak Entropi" adı verilir.

Tepkime entropisi

Standart mutlak entropilerden yararlanılarak bir tepkimenin entropisi hesaplanabilir. Bir tepkimenin entropisi aşağıdaki bulunur.

ΔS_tep = ΣΔS_ürünler – ΣΔS_reaktifler

Ürünlerin entropileri toplamından girenlerin entropileri toplamını çıkarırsak, sistemin entropisini buluruz.

ΔH = tepkime entalpisi olmak üzere,

Bir kimyasal tepkimede ortamın entropisi aşağıdaki eşitlikle bulunur.

Bu eşitlik,

İle de verilir. Burada H, olay sonucunda ortama verilen veya ortamdan alınan ısıyı belirtir.

Örnek:

H₂ + 2O₂ + S → H₂SO₄

Tepkimesi standart koşullarda gerçekleşmektedir.

ΔH_H2SO4 = - 820 kJ/mol

ΔS_H2 = 131 J/K.mol

ΔS_O2 = 205 J/K.mol

ΔS_S = 32 j/K.mol

ΔS_H2SO4 = 157 j/K.mol

Yukarıdaki bilgilere göre H₂SO₄ tepkimesinin entropisini bulalım.

Sistem entropisi,

ΔS_tep = ΣΔS_ürünler – ΣΔS_reaktifler

Şeklindedir. Değerleri yerine koyarsak,

ΣΔS_ürünler = 157 

ΣΔS_reaktifler= 131 + 2 . 205 + 32 = 573

ΔS_tep = 157 – 573 = – 416

Ortamın entropisini de hesaplayalım.

820 kJ = 820000 J

Standart koşullar 1 atm basınç ve 25 °C sıcaklıktır.

25 °C = 298 K

ΔS_ortam = 2751,7 j/K

Toplam entropiyi de hesaplayalım. Toplam entropi evrenin entropisini verir.

ΔS_top = ΔS_sistem + ΔS_ortam

ΔS_top = -416 + 2751,7 

= 2335,7

Hesaplama sonuçlarını yorumlayalım.

1- Toplam entropi sıfırdan büyük olduğundan (ΔS_top > 0) tepkime istemlidir.

2- Ortamın entropisinin işareti pozitiftir. (ΔS_ortam > 0) Buna göre tepkime ısı salan bir tepkimedir. Yani tepkimenin gerçekleştiği sistemden (tepkimenin gerçekleştiği herhangi bir yer) dışarıya ısı salınımı olmaktadır.

3- Sistemin entropisi sıfırdan küçüktür. Bu durum sistemin entropisinin azaldığını gösterir. Sistemin entropisinin azalması ısı saldığını gösterir ki bu da diğer sonuçlarla uyumludur.

Entropi Çözümlü Soruları

SANATSAL BİLGİ

11/03/2018