Videonun mp4 versiyonunu indirmek için tıklayınız...
Takip eden içerik özel bir lisans altında sağlanmaktadır.Sizin desteğiniz MIT’nin yüksek kalitede eğitim malzemesi sağlamaya devam etmesini sağlayacaktır. Bir bağışta bulunmak veya MIT’nin yüzlerce açık kurs materyalini görmek için http://ocw.mit.edu sitesini ziyaret ediniz
7.DERS
0.23 geçen hafta termodinamik çevrimleri biraz daha detaylı inceledik …bu çevrimlerde DH ve DU gibi hal fonksiyonlarının değerlerini hesapladık .. bunlar bir hal fonksiyonu olmalarından dolayı başlangıç ve bitiş noktaları aynı olmak kaydıyla veya bir çevrim durumunda bir değişim göstermekteydiler.. ayrıca hal fonksiyonu olmayan iş ve ısı gibi fonksiyonların değişimine de baktık ..bunların değişimlerinin çevrim sonunda sıfırdan farklı olduklarını gördük.. bir çevrimle zaten iş yapabilirsiniz aynı zamanda sistem de çevre ile ısı değişimi yapabilir ..bu değerleri de hesaplamıştık hatırlıyorsanız.. ayrıca pek aşina olmadığımız ve integral dq/T’ye eşit olan özel bir fonksiyona bakmıştık .. bu özel fonksiyona da dS demiştik ve bu dS en azından bizim incelediğimiz çevrimler boyunca bir hal fonksiyonu olarak davranıyordu..yeni çevrim boyunca net bir değişim göstermiyordu .. bu hususa ilerde daha detaylı bir şekilde eğileceğiz..daha sonra termokimyaya bakmıştık ki bugün de bu konuya devam edeceğiz..
1.34 buradan çıkan en önemli sonuç reaksiyon entalpisinin tanımlanabilmesi idi..elimizde tepkenlerden çıkarak ürünleri veren bir reaksiyon olsun ve bizde bu reaksiyonun ısısını arıyor olalım.. tabi bu reaksiyonu sabit basınç altında gerçekleştirdiğimizi söylemeye gerek yok.. bunu yapmanın en iyi yolu bir çevrim oluşturmaktır ..bir çevrimde tepkenleri ve ürünleri kendilerini oluşturan elementle cinsinde gösteriyorduk .. bu elementler kararlı hallerinde bulunmaktaydı .. yani oda sıcaklığında ve 1 bar basınç altında em kararlı hallerinde bulunmaktaydı ..burada yapılan iş önce tepkenleri alıp elementlerine ayırmak daha sonra bu elementleri birleştirerek ürünleri oluşturmaktı …en son olarak bu işlemin entalpilerini buluyor ve bunların toplamından de reaksiyon entalpisine geçiyorduk ..
3.04 buradaki DH değeri tepkenlerin oluşma entalpilerinin toplamının – işaretlisi ve buradaki DH değeride ürünlerin oluşma entalpilerinin toplamıdır.. bunlar bulunduktan sonra kolaylıkla reaksiyon entalpisine geçilebilir ..
3.40 buna göre reaksiyonun DH değeri ürünlerin DHoluşma değerlerinin toplamından tepkenlerin DH değerlerinin toplamının çıkarılması olur ..tabi bunu yaparken her tepkenin ve her ürünün mol sayılarının da göz önüne alınması gerekir ..bunu biraz daha dikkatli yazarsak DH değeri bir i türü için oluşan ürünlerin stoikimetrik katsayılarıyla DH oluşma değerlerinin çarpımlarının toplamından aynı toplamın tepkenler için olan değerinden çıkarılmasıdır ..yani kısaca ürünleri DH oluşma entalpilerinin toplamından tepkenlerinkini çıkarmak suretiyle reaksiyon entalpisi bulunabilir.4.55
5.01-5.08 şimdi temel bir örneğe bakalım ve metanın yanma reaksiyonunu alalım ..
5.14 elimizde metan gazı var bu iki mol oksijenle birleşerek karbon dioksit gazı ve sıvı su vermekte ..tabi bu reaksiyonun oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında cereyan ettiğini farz ediyoruz ..dolayısıyla yukarda gösterdiğimiz işlemleri buna uygularsak ve buradaki maddeleri elementlerine ayırırsak .. örneğin metan gazını alırsak katı karbon- ki bu grafit elmas değil çünkü oda şartlarında karbonun en kararlı hali grafit –ve iki mol de oksijen gazı çıkar ..bu reaksiyonun ısısı ise ch4 gazının oluşma entalpisine eşittir ..burada da oksijenimiz var ..burada 2 mol oksijen görüldüğü gibi 2 mol oksijene eşittir ve oksijenin oda sıcaklığında ve atmosfer basıncındaki elementel hali budur ..bu durumda gaz halindeki O2 molekülünün oluşma entalpisi sıfırdır ..
7.16 bu işlemin ikinci safhasında ayırdığımız elementleri birleştirerek ürünleri oluşturacağız..dolayısıyla elimizde bulunan grafit halindeki katı karbon ile oksijen gazi birleşerek CO2 gazı meydana getirecek..tabi bu reaksiyonun DH oluşma entalpisi + bir değer olacak.. ayrıca 2 mol H2 gazı ile 1 bol O2 gazı birleşerek 2 mol su vermeli .. tabi bununda bir oluşma entalpisi var ..tamam dimi.. elimizdeki çevrimi oluşturan basamaklar bunlar …dolayısıyla bunları birleştirirsek veya yukarıdaki çevrimin her iki basağınıda gerçekleştirirsek temel reaksiyonu yapmış oluruz .. dolayısıyla reaksiyon ısısı bir mol karbon dioksitin oluşma entalpisi + 2 mol sıvı suyun oluşma entalpisi – 1 mol metan gazının oluşma entalpisi şeklinde bulunur ..
9.16 bu değerler tablolar halinde mevcuttur .. dolayısıyla bu yöntem bu tip bir reaksiyonun oluşma ısısını bulmak için son derece kullanışlıdır … kitaplarınızın sonunda birçok maddenin oluşma entalpisinin listelendiğini göreceksiniz ..ayrıca referans kitaplarda çok daha kapsamlı listeler mevcuttur..bu kitaplarda olağanüstü sayıda maddenin oluşma entalpilerini bulmak mümkündür ..dolayısıyla bu tabloları kullanmak suretiyle çok sayıdaki reaksiyonun oluşma entalpisi belirlenebilir ..bu tabloları kullanmak suretiyle aklınıza gelecek bir çok reaksiyonun oluşma ısısını hesaplamanız mümkün ..
10.00-10.04 yukarda size verilen çevrim tepkenleri elementlerine ayırıp daha sonra bu tepkenlerde ürünleri oluşturmakla sınırlı değil, bu çevrimi bir çok farklı reaksiyona uygulayabilirsiniz..örneğin elimizde grafit halindeki karbonun oksijen gazı ile birleşerek karbon monoksit gazı verdiği bir reaksiyon olsun .. normal olarak karbon ile oksijen birleştiğinde karbon monoksit değil karbon dioksit oluşur.. ancak önce karbon monoksit oluşur ve oksijenle birleşerek karbon dioksit oluşturur ..buradan CO2 için elde edilen değerleri kullanmak suretiyle reaksiyon ısısı hesaplanabilir.. tabi elementlerden de başlayabilirsiniz ve CO2’nin bilinen oluşma entalpisini alabilirsiniz ..daha sonra CO+1/2 O2=CO2 reaksiyonundan CO’nun oluşma entalpisine geçebilirsiniz ..(tahtaya yazı)
12.01 Bu işi bir kere yaptıktan ve reaksiyon eltalpisini bulduktan sonra buradan önemli sonuçlar çıkarabiliriz..örneğin reaksiyon başladıktan sonra ortama ısımı verileceği yoksa ortamdan ısımı çekileceği rahatlıkla belirlenebilir ..bunlara örnek eczanelerden aldığınız ısıtıcı veya soğutucu paketlerdir ..bu paketlerin muhtevası ortama ısı verecek veya ortamdan ısı çekecek şekilde ayarlanmıştı biliyorsunuz ..eğer reaksiyon entalpisi negatif bir değerse veya sıfırdan küçükse bunun anlamı ortama ısı verildiğidir ..
12.59 bu tip reaksiyonlara ekzotermik reaksiyonlar diyoruz .. eğer reaksiyon entalpisi pozitif ise hatırlarsanız ısının pozitif olması onun ortamda sisteme aktığı şeklinde tanımlanmıştı .. başka bir deyişle reaksiyona giren sistem ortamdan ısı çeker ..ve buna endotermik reaksiyon adı verilir ..
13.47. bunun üzerinde biraz durmamız gerekiyor ..bir önemli husus daha var .. biliyorsunuz kitaplarda listelenen oluşma entalpileri oda sıcaklığında ve atmosfer basıncındaki değerlerdir ..ama sık sık başka sıcaklıklardaki termodinamik değerleri de bulmanız istenebilir ..peki oda sıcaklığındaki reaksiyon entalpisi başka sıcaklıktaki reaksiyon entalpisine nasıl bağlanabilir ..şimdi kısaca buna bakalım
14.24 . DH reaksiyon değerinin sıcaklığa bağlılığı ….hatırlarsanız sıcaklık ve basıncın fonksiyonu olarak şeklinde veriliyordu .. sabit basınç durumunda buradaki dp değeri sıfır olacaktır ..dolayısıyla elimizde sadece birinci terim kalır ..bu kısmi diferansiyel terimi ısı kapasitesi olarak tanımlamış ve buna Cp demiştik .. tabii ki çok sayıda madde için Cp değerleri listelenmiştir ..eğer reaksiyonun DH değerinin sıcaklığa bağımlılığını arıyorsak tepkenlerden ürünlere giderken ısı kapasitesinin değişimini bilmemiz şarttır .dolayısıyla ki biz bunu bulmak istiyoruz.. reaksiyon ısısının sıcaklıkla değişimi .. bu hem tepkenler hem de ürünler için CpdT çarpımından bulunabilir ..buna göre ürünler eksi tepkenlerden yazılabilir .. tabi bunu integre etmemiz gerekir ..işlem T1 ile T2 arasında oluyorsa tabi sabit basınç altında bunu yukarda da gösterelim…tabi bu şeklinde bulunur .. dolayısıyla işler yolunda gitmekte çünkü bizim burada bulmak istediğim şey yeni bir T2 sıcaklığındaki reaksiyon ısısı ..burada T1 sıcaklığı genellikle oda sıcaklığı olup değeri genellikle bellidir ..ve bu da şeklinde verilir..bu elde edeceğimiz en nihai sonuçtur..ancak şunu söylemekte fayda var ..sıcaklık değişimi fazla değilse Cp değeride aşırı bir şekilde sıcaklığa bağlı değildir ..örneğin elimizde bir malzeme var ve bizde bunun ısı kapasitesini ölçmek istiyoruz .. yani sıcaklığını 1 derece yükseltmek için vermemiz gereken ısı miktarını ..ve bu ölçümüde oda sıcaklığında yapıyoruz .. daha sonra bu numuneyi belli bir sıcaklığa örneğin oda sıcaklığının 20 derece üstüne çıkarayım ve burada da numunenin sıcaklığını 1 derece yükseltmek için vermem gereken ısı miktarı oda sıcaklığında vermem gereken ısı miktarından pek fazla fark etmez ..dolayısıyla ısı kapasitesi sıcaklıkla fazla bir değişim göstermemektedir ..sıcaklık değişiminin aşırı olmaması kaydı ile bunun sonucu
ısı kapasitesindeki değişim ile sıcaklık farkının çarpımıdır ..tabi bu durum her zaman geçerli olmamasına rağmen çoğu zaman bu farzı yapmakta sakınca yoktur..
19.06 şu ana kadar anlattıklarımızla ilgili bir sorunuz varmı ? 19.08
19.14.şimdide bütün bu anlattıklarımızı nasıl ölçebileceğimiz hususu üzerinde biraz durmak istiyorum .. şu ana kadar yaptığımız şey esas olarak ısı kapasitelerinin nasıl tanımlandığıdır ..elimizdeki tablolardan faydalanarak her türlü hesabı yapabiliriz.. ama bazen de elimizde yani bir madde olabilir ve bu maddenin termodinamik değerlerini bulmak isteyebiliriz ..dolayısıyla bu değerlerin nasıl ölçülebildiği bayağı önemlidir..
19.45 peki bunu nasıl yaparız.. bu işleme KALORİMETRİ adı verilir
20.16 burada belli ölçümler yapmak suretiyle reaksiyon ısılarını bulabiliriz ..tabi kalorimetri bir çok farklı iş için kullanılabilir .. örneğin faz geçişlerinin enerji değişimlerinin belirlenmesinde son derece kullanışlıdır.. elinizdeki yeni bir madde olabilir ve sıvıdan gaza veya katıya dönüşüyor olabilir .. böyle bir olaydaki ısı değişimini bulmak isteyelim...
20.48 peki ne oluyor ?
20.55 burada elimizde T1 sıcaklığındaki tepkenler var ve bunlar T1 sıcaklığındaki ürünlere dönüşüyor ..bu olay sırasında ortaya çıkan ısı da o sıcaklıktaki reaksiyon ısısı olur .. reaksiyon ısısı hep bu şekilde yani sabit sıcaklıkta tanımlanır ..
21.23peki bu hangi reaksiyonu ölçmektedir? Burada tepkenleri alalım bir kabın içine koyalım bu kabı daha sonra yalıtılmış daha büyük bir kaba koyup reaksiyonu başlatalım.. belki ortaya bir ısı çıkacak kimbilir .. böyle bir şey olursa tüm sistem ısınır ..yani kabın içindeki maddeler , sistemin etrafındaki yalıtım kısaca her şey bu ısı çıkışı sonunda ısınır.. dolayısıyla işleme T1 sıcaklığında başlarsak aynı sıcaklıkta bitiremeyiz ..son sıcaklık daha yüksek olacak ..peki ne kadar daha yüksek.. bu kalorimetrede ne kadar ısının oluştuğuna bağlı ..yani sistemin ne kadar ısındığını bulursak prensip olarak ne kadar ısı oluştuğunu da bulabilmek lazım ..ve buradan da T1 sıcaklığındaki DH değerini rahatlıkla hesaplayabilmeliyiz .. şimdi bunun nasıl çalıştığına biraz daha detaylı bakalım ..22.21
22.25 elimde T1 sıcaklığındaki tepkenlerle kalorimetre var ..ve T1 sıcaklığındaki ürünler oluşacak .. bunu bir şekil üzerinde gösterelim ..burada reaksiyona giren maddelerimiz var muhtemelen sıvı halde ..reaksiyon bu kabın içinde oluyor ..büyük olasılıkla bu sabit basınç altında .. zaten burada epey bir boşluk var basıncın değişmemesi gerekir ..buradan da sıcaklık ölçülsün bir termometre vasıtasıyla ve tüm sistemde yalıtılmış olsun ..bu durumda işleri çok daha karmaşık hale getiren kaptan dışarıya ısı sızması olayını da önlemiş oluruz .. ..burada çizilen sistem sabit basınçlı kalorimetridir ve bu sistem genellikle yoğun hallerin özellikle sıvı halin reaksiyonlarını incelemek için kullanılır ..sistem gayet iyi yalıtıldığından dolayı sistem aynı zamanda adyabatik bir sistemdir ..evet sistemimiz bu ..burada reaksiyonu başlatıyoruz tepkenler ürünlere dönüşüyor ..bakalım bu durumda neler meydana geliyor ..
24.10 ..24.28 dolayısıyla olan olayı T1 sıcaklığındaki tepkenler + T1 sıcaklığındaki kalorimetre ‘den T2 sıcaklığındaki ürünler + T2 sıcaklığındaki kalorimetreye gidilmesidir ..işte meydana gelen tüm olay budur ..bu işlemin entalpi değeri ve bizim istediğimiz şey değil ..çünkü sıcaklık değişiyor ve kalorimetrede ısınıyor ..dolayısıyla bunu istediğimiz şeye bağlamamız lazım …bunu I ile işaretliyelim .. bu adyabatik bir işlem olup bu kabın içinde sabit basınç altında tersinir olarak cereyan ediyor .. ürünler ve kalorimetreyi alıp soğutup T1 sıcaklığına düşürebiliriz ..
26.59-26.04 bu işlemede II işlemi diyelim ..bu sabit basınçta tersinir sıcaklık değişimidir ..bu artık adyabatik bir işlem değil ..bunu yapmak için sistemi ısıtmak veya soğutmak gerekir ..artık çevrimi tamamlayabiliriz.. T1 sıcaklığındaki tepkenler + T1 sıcaklığındaki kalorimetre ‘den T1 sıcaklığındaki ürünler + T1 sıcaklığındaki kalorimetre ye geçiyor ..burada sıcaklık değişiminden kaynaklanan bir DH değeri var ..ancak buradaki DH bizim istediğimiz değer yani DH reaksiyon değeri .. bu işlem izotermal , tersinir ve sabit basınç altında gerçekleşiyor .. aradığım şey bu işte …DH reaksiyon değerini zaten bu şekilde tanımlamıştık ..dolayısıyla bulmak isteğimiz değer bu.. şimdide bu işlemi nasıl yapacağımıza bakalım ..bu değerleri kullanmak suretiyle bu DH değeri kolaylıkla hesaplanabilir .
27.39 I basamağındaki DH değeri nedir söylermisiniz..
27.44 doğru adyabatik sabit basınç dolayısıyla eşittir sıfır .. dolayısıyla DH1 eşittir sıfır .. pratikte yaptığımız şey bir termometre kullanmak suretiyle sıcaklığın ne kadar değiştiğini bulmak..tabi burada ikinci basamakta bulduğumuz verileri kullanacağız..bu basamağa da III basamağı diyelim ..pekala DHII --ki bu bir önemli kısım -- sabit basınç altındaki qp’ye eşit ..buda tabi ısıya eşit ..bir sıcaklık değişimi var .. biz bunun nasıl yapıldığını gayet iyi biliyoruz dimi ?..T1 ‘den T2’ye integral …tabi hangi yönde gittiğimize bağlı ..tüm sistem için olan Cp değeri çarpı dT. .. anlaşıldımı…bu sıcaklığın değişmesi durumunda ortaya çıkan ısı miktarı..tabi ürünlerinde bir ısı kapasitesi var yani ürünlerde belli bir ısıyı soğurmakta ..sıcaklığı değiştirme yönüne bağlı olarak ısı alıp veya veriyor ..aynı şey kalorimetre içinde söz konusu ..
29.28 pratikte kullandığımız kalorimetreler büyük hacimli kaplar..bu kısımda özel bir madde var.. örneğin buraya bir sıvı veya yağ konulur ..dolayısıyla burada son derece büyük bir termal kütle mevcuttur..reaksiyonun sonunda ortama ısı verilip veya ortamdan ısı çekildiği zaman bu ısının büyük bir kısmı bu kütleyi ısıtmak veya soğutmak için kullanılır..ancak burada reaksiyonda kullanılabileceğiniz madde miktarı da sınırlıdır … öyle aşırı miktarda madde kullanamazsınız .. dolayısıyla kalorimetrenin bu sorunu mümkün mertebe azaltacak şekilde tasarımlanması gerekir …örneğin bu kalorimetrenin boyutu çok büyük olursa mesela içinde bu sınıfı dolduracak kadar yağ varsa reaksiyonun sonunda ortaya çıkan veya çekilen ısıdan dolayı bir sıcaklık değişimi gözlenemez..sistemin sıcaklığında çok çok ufak bir değişiklik bile görmeniz mümkün olmayabilir ..dolayısıyla kalorimetrenin boyutu reaksiyona giren tepkenlerin hacimleriyle uyumlu olmalıdır ..yani kalorimetreyi tasarımlarken alınan veya verilen ısının büyük bir kısmının kalorimetrinin sıcaklığını değiştirmek için harcanıp çok az bir kısmının ürünlerin sıcaklığını değiştirmesine sebep olacak hususları azaltacak tedbirler alınmalıdır ..ancak bu genellikle olan bir durumdur ..dolayısıyla genellikle bu DHII değeri yaklaşık olarak yazılabilir .
31.11-31.21 bu değerde genel olarak kalorimetrenin ısı kapasitesi çarpı DT şeklinde verilir ..çünkü kalorimetrenin ısı kapasitesi bu masanın ki gibi öyle pek fazla sıcaklığa bağlı değildir ..
31.39 dolayısıyla bu işlem için DH değeri kolaylıkla hesaplanabilir ..en son olarak elimizde III işlemi vardır.. DHIII değeri DHII değerinin ters işaretlisi olmalıdır .. çünkü bu işlem için bu değer sıfır ve bir çevrim yapıyoruz ..ve buda bize direkt olarak reaksiyon ısısını verir .. bunu artık yapabilmemiz gerekir 32.32
32.45 bu kalorimetre kullanmanın bir örnektir …ve bu tüm fazların yoğun halde olmaları yani katı ve sıvı halde bulunmaları durumunda son derece pratik bir yoldur ..ancak gazlar söz konusu ise yine işe yarayabilir ama burada basıncı sabit tutmak bayağı zor bir iştir ..çünkü burada, hacım değişeceğinden dolayı basınç ancak bir valf veya zarla hacımı ayarlamak suretiyle sabit tutulabilir ... yapılabilir yapılamaz değil yapılabilir bu iş .. ama sistemi sabit hacımda tutmak çok daha kolay ve pratiktir.. dolayısıyla reaksiyonu ve tüm bu işlemleri sabit hacım altında yaparsak buna sabit hacım altında kalorimetri denir ..bu öyle zor bir iş de değildir..şimdi bu durumda ne olduğuna bakalım..hesaplar hemen hemen aynı
34.16 bu bizim sabit basınç kalorimetresiyle elde ettiğimiz değer ..34.23
34 35 elimizde bir gaz varsa kullanacağımız sistem bir öncekine epey benzer ..ancak burada bu şekilde hacmı sabit olan bir kap vardır .. reaksiyon bu kabın içinde cereyan eder ..bu kap bir kalorimetre içine konulur..ve sistem bu şekilde yalıtılır ..buradan sisteme bir termometre daldırılır ..bu termometre vasıtasıyla sistemin sıcaklığı ölçülür ..bu sistem hala adyabatik çünkü yalıtılmış halde ancak artık hacım sabit ..
35.16 ancak bildiğiniz gibi eğer hacım sabitse artık ölçtüğümüz değer DH değil DU’dur …fakat hesaplar hemen hemen aynıdır ..şimdi bu durumda neler olduğuna kısaca bir göz atalım …çevrim temel olarak aynı …burada da T1 sıcaklığındaki tepkenler + T1 sıcaklığındaki kalorimetre , T2 sıcaklığındaki ürünler + T2 sıcaklığındaki kalorimetre haline dönmektedir..sistem hala adyabatiktir ..ama artık işlem sabit basınçta gerçekleşmekte.. tabi sistem aynı zamanda tersinir..bu bizim I işlemimiz idi..ve II işlemi sonunda T1 sıcaklığındaki ürünler ve T1 sıcaklığındaki kalorimetre olur…burada da sabit hacımda tersinir sıcaklık değişimidir ..ancak bu kısım bizim DH reaksiyon entalpisini hesaplamamız için pek uygun değildir..çünkü bu bir izotermal sabit hacım işlemidir ..bu işlem sonunda T1 sıcaklığındaki tepkenler T1 sıcaklığındaki ürünlere dönüşür ..buradan hesaplayabileceğimiz değer DU’dur..elde edilen bu DU değerini DH değerine bağlamamız gerekir ..bu son derece basit bir işlem bildiğiniz gibi…bu işlemi nasıl yapacağımıza kısaca bakalım..bildiğiniz gibi I işlemi adyabatik sabit hacım işlemidir ..söyleyin bakalım burada sıfıra eşit olan değer nedir?sabit basınç örneğinde DH=0 idi..sabit hacım işlemi olduğuna göre sıfır olan değer tabii ki DU’dur..bildiğiniz gibi DU değeri ısı artı iştir.. burada bir ısı değişimi yok çünkü sistem adyabatik ve işlem sabit hacımda cereyan ettiği için pdv hacım işi de söz konusu değil dolayısıyla DU =0… yani qI=0 ve wI =0 ve DUI=0…
38.39 aynı sabit basınçta olduğu gibi bu reaksiyonu gerçekleştirdiğimizde olacak olan şey sıcaklık değişimidir …sistem içindeki ürünler ve çevresinde ne varsa denge halinde olacağı belli bir sıcaklığa gelecektir ve bizde bu değeri ölçeceğiz ..ikinci işleme bakalım..burada da sabit hacımda sıcaklık değişimi söz konusudur .. bu bir önceki duruma çok benzer ..ancak burada sabit basınç durumundan farklı olan bir şey vardır .. acaba nedir ?
39.27 burada sabit basınçta olan bir işlemle sabit hacımda olan bir işlem arasında çok önemli bir fark veya detay vardır ..bu ifadeye bakınca acaba neyin farklı olması gerekmektedir ..Cv değeri tabii ki..burada sabit basınç ısı kapasitesi vardı burada ise sabit hacım ısı kapasitesi olmak zorunda ..dolayısıyla DU değeri sabit hacımdaki ısı değeri olan qv’ye eşittir ..buda veya olarak bulunur ..burada da kalorimetreyi ürünlerden ayırabilirim..buda yaklaşık olarak olur buda tabii ki Cv(kalorimetre)x DT olur..harika….40.42
40.50 III işlemine gelirsek .. DUI=0 idi.. DUII’de bu şekilde bulmuştuk ..yani kalorimetrenin ısı kapasitesi çarpı DT.. ihtiyacımız olan değerler bunlar çünkü bir çevrim yapıyoruz .. DUIII eğerinin DUII değerinin ters işaretlisi olması gerektiğini biliyoruz …buradan kolaylıkla DU reaksiyon değerini buluruz ..
41.21 … 41.45 yani DU reaksiyon değeri yaklaşık olarak kalorimetrenin ısı kapasitesi çarpı DT değerinin - işaretlisidir ..ölçmemiz gereken değerde budur ..yapacağımız işi hemen hemen bitirdik ..geride tek bir iş kaldı oda DU değil DH değerini bulmak ..bunun için gayet iyi bildiğimiz H=U+PV ifadesini kullanıyoruz ..dolayısıyla DH=DU +D(PV) şeklinde olur .. tüm bunlar sabit bir sıcaklıkta cereyan ediyor örneğin DU değerini sabit bir T1 değerinde bulduk ..burada ideal gaz kanununu kullanırsak bu ifade DH=DU +D(nRT) halini alır .. burada R ve T sabit olduğundan denklemimiz DH=DU +RT1D(ngas) şeklini alır ..burada görüldüğü üzere önemli olan husus tepken ve ürünlerde bulunan gaz halindeki türlerin mol sayısıdır ..eğer bu değişirse. ..biliyoruz ki sistem sabit basınç altındaysa ve mol sayısı değişiyorsa hacım değişecektir diğer hiçbir şeyin önemi yoktur ..
43.50..dolayısıyla T1 sıcaklığındaki reaksiyon entalpisi . şeklinde verilir. Bu gaz molekül sayısındaki değişimi gösterir ..bunu ölçeceğiz ve bunu belirleyeceğiz ..pratikte kalorimetrenin ısı kapasitesini biliriz..kalorimetreyi satın aldığımızda bu zaten bize bildirilir.. burada kalorimetreye belli bir miktar ısı ekleyip daha sonra ürünler ve kalorimetrenin sıcaklığını ölçmek vs .. gerekmez .. bilmemiz gereken yegane şey DT sıcaklık farkıdır ..44.40
44.45 burada son terimin boyutunun ne olduğunu belirlemek bize büyük yarar sağlar ..başka bir deyişle bu DU’nun DH’dan ne kadar farklı olduğunu belirlemektir ..bunu yapmak son derece kolaydır.ben bunu size verdiğim notlarda yaptığım için sayıları tekrar buraya yazmıyorum ..size 4HCl(g)+O2(g)=2H2O(s) +2Cl2(g) şeklinde bir reaksiyon verilmiş tabi oda sıcaklığında..bu reaksiyon için DU değeri -195 kJ olarak bulunmuş.. burada pv çarpımından kaynaklanan ek katkıyı bulmak isteyebiliriz.. burada dört mol HCl gazı ve bir de O2 gazı var ürün olarakta 2 mol Cl2 gazı var burada da bir mol ürün olarakta 2 mol gaz çıkmakta 3 mollük bir değişim var.. peki bu ne kadar bir değişime sebep olur..bu önemli çünkü bu kolaylıkla ölçülebilen bir değer..reaksiyonun DH değeri -202 kJ olarak veriliyor ..görüldüğü gibi iki yüzde yedilik bir fark.. yüzde üçbuçuk..çok tipik ..başka bir deyişle kovalent bağları kırıp oluşturduğunuz normal kimyasal reaksiyonların enerji değişimlerini inceliyorsanız ..her bağda bir enerji yüklüdür ..basınç hacım çarpımından kaynaklanan ek değişim kesinlikle ölçülebilir bunu ihmal edemezsiniz .. ancak bu gibi durumlarda bu çok ufak olup yüzde birkaç civarıdır ..46.42
46.48 pekala ..kalorimetri hesapları ile ilgili bir sayısal hesap yapalım ..tüm sayıları tahtaya yazmayacağım çünkü pek fazla vaktimiz kalmadı..sadece kısa bir şekilde özetleyeceğim .. burada yapmak istediğim şey kalorimetre hesaplarını son derece kolay kılan ısı kapasitelerindeki değişimlere aşina yapmak ..
47.21 reaksiyonu yazalım
47.27 T1=298K’le başlıyoruz …………………….T2’yi henüz bilmiyoruz …48.02
48.10 biz DH ve DU gibi her türlü hesaplamayı yapabiliriz çünkü her türlü maddenin oluşma entalpilerine bakabiliriz…bunlara bakınca bu maddenin oluşma ısısı ..burada hata var bu 2 olacak özür dilerim ..-180 kJ/mol , oksijeninki sıfır .. bununki -824 kJ/mol , sulfurdioksit için -297 kJ/mol .. bunlar bize verilen termodinamik veriler ..önce reaksiyon ısısını bulalım ..bu ürünler – tepkenlerdi..dolayısıyla bu -824+4x(-297)-2(-180).. tabi burada stoikometrik katsayıları da göz önüne aldık ..ürünlerden tepkenleri çıkardığımızda sonuç -1652 kJ/mol bulunur ….zaten molar miktarları aldığımızdan burada mol terimi gereksiz…50.02
50.10 gazların mol sayılarındaki değişimi geçiyorum ..bunun hesabı son derece net ..benim burada göstermek istediğim şey her şeyi kalorimetreye koyduktan sonra neler olduğu.. tabiî ki bir sıcaklık değişimi olacak ..0,1 mol demir sulfutle başladığımızı farz edelim ..ve tabi bunla stoikimetrik miktarda oksijenle alalım ve tüm reaksiyonu sabit hacimli bir kalorimetrede gerçekleştirelim bakalım neler oluyor ..buradaki en önemli husus kalorimetrenin ısı kapasitesinin ne olduğu ..tabi bu bayağı büyük bir değer ..tipik olarak 10kJ /K..bu epey yüksek bir değer .. görüldüğü gbi birimi mol başına bir değer değil.. çünkü kalorimetre kabıyla yağıyla vs ile çok kütleli bir şey ..ve tüm bu kütle için olan bir ısı kapasitesi var ..bu sistemin tümünün sıcaklığını 1 derece artıracak ısı miktarı ..normal ısı kapasiteleri Kelvin mol başına joule seviyesindedir kJ değil ..buradan anlaşıldığına göre tepkenlerinizin reaksiyona girip ortaya çıkardığı ısıdan kaynaklanan sıcaklık değişimi bu kalorimetrenin ısı kapasitesi yanında ihmal edilebilecek kadar küçük ..
51.37 bu hesaplamaları 2 mol madde alarak yaptık ama şmdi elimizde 0.1 mol var dolayısıyla her şeyi 20 ye bölmemiz gerek dolayısıyla DH -1652 kJ idi DU -648 kJ olur bunuda 20’ye bölersek -82,4 kJ gibi bir değer çıkar ..peki DT ne? ..Cv değeri buydu .. DT=-10kJ/K özür dilerim -82,4kJ ki bu ortaya çıkan ısı bunu -10kJ/K’e bölersek =8,2K .. bu normal miktarda tepken koyup reaksiyon yaptığımızda tüm sistemin sıcaklığında olan değişim ..başka bir deyişle reaksiyon sonunda ortaya çıkan ısıyı hesapladıktan sonra önemli olan şey tüm sistemin ısı kapasitesi..ürünlerin ısı kapasitelerini bilmem bile gerekmez ..çünkü ürünlerin termal kütlesi kalorimetrenin termal kütlesi yanında kolaylıkla ihmal edilebilir … uygulamada hesaplamaları tersinden yaparız. Önce kalorimetredeki sıcaklık değişimini ölçerim ısı kapasitesini de biliyorum ..buradan bu sıcaklık değişimini oluşturmak için salınması gereken ısıyı hesaplayabilirim …tabi bu sabit hacım altındaki işlem içindi..elde ettiğim değer DU’dur buna Dn’li terimi eklemek suretiyle DH’a geçebiliriz.. kalorimetri ile ilgili bir sorunuz varmı?..evet sorunuz varmı .. pekala Cuma günü kalorimetreyi ve termokimyayı bitireceğiz ..ve hemen hemen bütün dönem uğraşacağımız çok önemli bir konu olan termodinamiğin ikinci yasasına geçeceğiz ve görmüş olduğumuz o özel fonksiyonla daha yakında ilgileneceğiz