Gibbs Free Energy Example

Tekrar hoş geldiniz.

Bu videoda elimizde bir reaksiyon var,

reaksiyonda bir mol metanla oksijen tepkimeye girer

1 mol karbondioksit ve 2 mol su oluşur.

-

Peki bu reaksiyon kendiliğinden mi gerçekleşti?

İşte bunun cevabını arıyoruz.

Son videodan öğrendiğimize göre bu soruyu yanıtlamak

için Gibbs serbest enerjisinden ya da Gibbs serbest

enerjisindeki değişimden yararlanmalıyız.

Gibbs serbest enerjisi, reaksiyonun entalpisi eksi

reaksiyonun gerçekleştiği sıcaklık çarpı

entropideki değişime eşittir.

Gibbs serbest enerjisi sıfırdan küçükse

reaksiyon kendiliğinden gerçekleşmiştir.

Soruyu çözebilmeniz için biraz ipucu verdim

Bu tepkime için entalpi değişimini hesapladım

ve buraya yazdım.

Bunun nasıl hesaplandığını biliyor olmalısınız çünkü

birkaç video önce öğrenmiştik.

İlk önce ürünlerin oluşma ısılarını bulun.

-

Daha sonra suyun oluşum ısısını 2 ile çarpın

çünkü 2 mol su oluştu.

Bütün ürünlerin oluşum ısısını toplayın

ve bu toplamdan tepkimeye girenlerin

oluşum ısıları toplamını çıkarın.

Oksijenin oluşum ısısı sıfırdır, yukarıda bahsettiğim

işlemleri yaptığımızda entalpi değişimi

890.3 kilojoule olur.

Entalpi negatif çıktı,o zaman bu bir egzotermik reaksiyondur.

Yani sol tarafta giren enerji miktarı

sağda çıkani enerjiden daha azdır.

Bu yüzden dışarıya bir miktar enerji verilir.

Bu tarafa pozitif bir enerji eklemeliyim.

Dışarıya bir miktar pozitif enerji verilecek, bunu yazayım.

Egzotermik olmasının nedeni budur.

Ama bizim sorumuz reaksiyon kendiliğinden mi değil mi?

Bunu bulabilmek için entropi değişimine de

bakmamız gerek.

-

Her molekülün standart molar entropisine bakmak

entropi değişimini yani delta S'i hesaplamak için

yardımcı olacaktır.

Kalemin rengini değiştiriyorum.

-

-

Standart molar entropiyi göstermek için

buraya ufak bir işaret koymamız gerekli bu arada standart demek

reaksiyonun 298 derece Kelvinde gerçekleşmesidir.

Derece Kelvin yanlış bir ifade oldu.

Sadece 298 Kelvin demeliydim, sıcaklık Kelvin cinsinden ise

derece dememize gerek yok.

298 Kelvin 25 santigrad dereceye eşittir

bu da oda sıcaklığıdır.

Standart sıcaklık olarak düşünülmesinin nedeni budur.

Metanın oda sıcaklığında standart entropisi

bu sayıya eşit.

186 joule bölü kelvin mol.

Yani elimizde 1 mol metan varsa entropisi 186 joule

bölü kelvin moldür.

2 mol ise 2 ile çarpmam gerekir.

3 molse 3 le çarpmalıyız.

Reaksiyonun toplam enerji değişimi

ürünlerin standart entropilerinden girenlerin standart

entropisi çıkarılarak bulunur.

Tıpkı entalpiyi hesapladığımız gibi.

Ürünlere bakarsak karbondioksitin entropisi 213.6

artı bir de 2 mol suyun entropisi var.

Bir mol suyun entropisi 69.9 ama 70 alalım

2 ile çarparsak iki mol suyun entropisini buluruz.

Ürünlerin entopisini bulduğumuza göre şimdi

girenlerin entopisini de bulup çıkaralım.

1 mol metanın entropisi 186 imiş artı iki çarpı 205 bu da oksijenden gelen entropi.

Şöyle bir göz atarsak bu sayı buna yakın sayılır

ama buradaki sayı diğerinden epey büyük.

Bu sıvı halde suyun entropisi.

-

Ve gaz haldeki oksijenin entropisinden daha az.

Bu önemli.

Çünkü sıvılar gazlara göre çok daha az şekil oluşturur.

Gazlar odanın her yerine dağılıp yayılabilirken,

sıvılar konuldukları kabın dbine doğru inerler.

Doğal olarak gazların entropisi sıvılardan daha fazladır.

-

Reaksiyona göz atınca ürünlerin girenlerden daha az

entropiye sahip olduğunu görebilirsiniz.

Yni delta S muhtemelen negatif olacak.

Hadi hesaplayıp görelim.

Sağ tarafta 213.6 artı 140 vardı değil mi?

-

213.6 artı 140 353.6 ya eşittir.

Bu taraf 353.6 imiş.

Bu sayıdan 186 artı, 2 çarpı 205 i çıkarmalıyım.

-

353.6 eksi 596 yı hesaplayalım.

Cevap -242.4 olur.

-

Delta S -243.4 joule bölü kelvin moldür.

-

Yani baya entropi kaybettik.

Ama reaksiyonun daha düzenli hale geldiğini söyleyebilirsiniz.

Evet bu doğru, en başta elimizde bir sürü gaz vardı.

2 mol oksijen gazı ve 1 mol de metan gazı.

-

Ürünler de 3 mol fakat oluşan 2 mol su sıvıdır.

-

Entropi kaybının nedeni tam da budur.

Sıvıların alabileceği şekil sayısının daha az

olduğunu söylemiştik.

Şimdi reaksiyon kendiliğinden mi buna bakalım.

Delta G yi bulmak için Delta H yi hesaplamıştık.

Dışarı enerji verdiğimiz için eksi 890 olarak bulduk.

Küsüratları atıyorum.

Yaklaşık bir değer bulabiliriz.

Şimdi Delta H den sıcaklık çarpı Delta S'i çıkaralım.

Sıcaklığın oda sıcaklığı yani 298 derece kelvin

olduğunu söylemişitk.

Pardon derece yok sadece 298 Kelvin.

Derece Kelvin dememeliydim bu alışkanlığımdan

kurtulsam iyi olacak.

25 santigrad derece çarpı entropideki değişim.

Entropi değişimi de negatif olmalı.

Bunu da -242 kabul edelim.

-

Bu noktada dikkatli olmalısınız.

Bu kilojoule cinsinden yazılmışken

bu joule olarak hesaplanmış.

Daha önce yazdığımız her şeyi kilojoule cinsinden

bulup yazalım.

-

Bu da 0.242 kilojoule bölü kelvindir.

-

Gibbs serbest enerjisine bakacak olursak;

-890 kilojule eksi 298 joule çarpı eksi 0.242

ve eksinin eksiyle çarpımı pozitif olacaktır.

Entropi kısmı gibbs free enerjisine pozitif

bir katkıda blunur.

Bildiğiniz gibi tepkime kendiliğinden gerçekleşmişse gibbs

serbest enerjisinin sıfırdan küçük olması gerekir yukarıda bahsettiğim pozitif katkı bu durumu olumsuz etkiler.

Şimdi entalpinin bu olumsuz durumun nasıl üstesinden

geldiğini görelim.

Hatırlarsanız reaksiyon egzotermik olduğu için entalpi negatifti,

formülün entropi kısmından pozitif bir katkı olsa da bu küçük

bir sayıdır çünkü kesirli bir sayıyla çarpılmış ve bu yüzden

entalpinin negatif değeri ağır basar.

Hadi hesaplayalım.

Entropi değişimi 298 çarpı sıcaklık dersek

sonuç 72 olur.

Eksi çarpı eksi olduğundan pozitif olacağını daha önce

belirtmiştim evet sonuç artı 72.2 .

Bu standart sıcaklıkta bulduğumuz formüldeki entropi kısmı.

Bütün formülü ele alırsak,

bir de entalpi terimi vardı.

Entalpi terimi negatif ve pozitif terim yani

sıcaklık çarpı entropideki değişimine ağır basıyor

-

Evet bu arkadaş galip gelir.

Her ne kadar entropi kaybetsek de kendiliğinden gerçekleşebilmek

için dışarıya çok fazla enerji verir.

İşte bu gibbs serbest enerjisinin 0 dan küçük olmasının

ve kendiliğinden gerçekleşmesinin nedenidir.

Gördüğünüz gibi Gibbs serbest enerjisi problemleri

pek de zor değil.

Sadece değerleri düzgünce bulmanız gerekli.

Bu değerler kimi zaman verilir verilmese dahi örneğin

entalpi değişiminin nasıl hesaplanacağını bliyorsunuz

Yapacağınız şey sadece ürünlerin oluşum ısısından

girenlerin oluşum ısısını çıkarmaktır tabi bunu yaparken

bileşenlerin katsayılarını unutmamak gerekir.

Entropi değişimini hesaplamak için de aynı yolu izlemelisiniz.

-

Öncelikle bileşenlerin standart molar entropilerini bilmeniz

gerekir daha sonra katsayıları dikkate alarak ürünlerin standart

molar entropisinden girenlerin standart molar entropisini çıkarmalısınız .

Böylece genel hatlarıyla Gibbs serbest enerjisini bulursunuz.

Bu örnekte gibbs serbest enerjisi negatif çıktı.

Şimdi farz edelim ki tepkime çok yüksek

bir sıcaklıkta meydana gelsin.

Mesela güneşin yüzeyi gibi sıcaklık 298 yerine 2000

kelvin ya da 4000 gibi çok çok fazla olsun.

-

Şimdi sonuç daha farklı olur.

Sıcaklığın 40000 kelvin olduğunu varsayarsak

entropi teriminde ani bir değişim yaşanır .

-

Burada pozitif terim daha ağır basar ve belki de

çok çok yüksek bir sıcaklıkta reaksiyon kendiliğinden gerçekleşmez.

-

Diğer bir ifadeyle,

reaksiyonda dışarıya ısı verilmesinin pek önemi yok

çünkü dışarısı fazlasıyla ısı ve kinetik enerjiye sahip.

-

Sıcaklık yeteri kadar yüksekse bu reaksiyon

kendiliğinden olmaz çünkü entropi terimi galip gelir.

-

Bu videoda, size gibbs serbest enerjisini hesaplamanın

zor olmadığını göstermek istedim.

İnternetten farklı tepkime örnekleri bulup kendiliğinden mi

gerçekleşiyor hesaplayabilir pratik yapabilirsiniz.

Görüşmek üzere.