Transkripti indirmek için - PDF24 melezleşme ile ilgili
bir soru daha soralım. Sınava girmeden önceki son melezleşme sorusu olacak.
Daha önce, bir moleküldeki iki farklı atomun
melezleşmesinden bahsetmemiştik. Burada aynı moleküldeki C ve N atomunu
görmektesiniz. Öğrendiğiniz kestirme kuralları kullanarak, bu
atomların melezleşmelerini bulun,
bakalım hızlıca cevap verebilecek misiniz. 10 saniye daha…aileniz
yanınızda ise size yardım edebilir, serbesttir.
OK. mükemmel,
başarı oranı % 94, aileleriniz burada olduğu için sesiniz biraz yüksek, ama dinlediğinizden
emin olmak istiyorum.
OK, şimdi soruyu gözden
geçirelim. Ca, sp3 melezleşmesi
yapar, buradaki geometrisi nedir? Dörtyüzlü, Nb, de sp3 melezleşmesi
yapar. N etrafındaki geometri nedir? Evet, üçgen
piramit. Burada, yalın çifti
dikkate almamız gerekir.
Şimdi ders notlarına başlayalım.
Bakalım bugün neler anlatacağız. Öncelikle yapacağımız şey morfin kuralını tanıtmak
olacak. Morfin kuralının dört şartından bahsedeceğiz. Morfin kuralı, morfin bileşiğinin
biyolojik aktifliğinden sorumlu 4 yapısal özelliktir. Morfine benzeyen ilaçlar,
benzer yapısal özelliklere ve benzer farmakolojik aktiviteye sahiptir. Morfin kuralında bir bileşikte bulunması geren dört şık vardır.
1) bileşikte bir fenil halkası veya aromatik halka bulunmalıdır; 2) sp3 melezleşmesi gösteren C
atomu bulunmalıdır; 3) CH2-CH2 grubu bulunmalıdır; 4) sp3
melezleşmesi gösteren N atomu bulunmalıdır.
Bunun ne anlama geldiğini
düşünecek olursak, bunlar morfinin biyolojik etkinliğinden sorumlu olan
gruplardır. Şimdi
morfin molekülüne bir bakalım. Buradaki ayrıntılı yapı ilk yapıdan biraz daha
karmaşık görünmektedir. Biraz daha ilerleyelim,
önceki yapıyı morfin molekülü üzerinde mor renkle gösterelim, aslında
morfin kuralını belirleyen kısım burasıdır.
Bu şu anlam gelir, morfin
molekülü reseptöre bu kısımdan bağlanır, bu acı reseptörüdür ve morfin bu
reseptöre bağlandığında acı hissini bloklar.
Bunu, geometriyi oluşturan melezleşme kavramına
göre düşünecek olursak, çok önemli bir şeydir. Çünkü molekülün
çok önemli olan yapısını ve şeklini belirler. Morfin
kuralı yukarıda görülmektedir. Eğer molekülünüzün bir kısmı, morfin kuralındaki
grupları içeriyorsa, molekülünüzün geri kalan kısmı ne olursa olsun, acı reseptörüne oldukça sıkı bağlanabilir.
Bildiğiniz gibi, morfin
çok iyi bir ağrı kesicidir. Aynı zamanda, hepinizin bildiği gibi, bağımlılık
yapar. Günümüzde ağrı kesici olarak sınırlı miktarda kullanılmaktadır, hastane
tedavilerinde yakından izlenebilecek durumlarda kullanılır.
İlginç bir şey söyleyeyim. Morfinin biyoetkisi endorfine çok benzer. Endorfin, vücutta sentezlenen, doğal bir ağrı kesicidir. Endorfinin yapısı, morfinin yapısına çok benzer. Endorfin, beyinde çok düşük derişimlerde sentezlenen ufak peptit
molekülüdür. acı reseptörüne bağlanır ve acıyı
bloklar.
Bazen enforfin
yüksekliğinden bahsedildiğini duyarsınız. Fazla spor yaparsanız, örneğin uzun
süre ve yüksek hızda koşarsanız, vücut çok daha fazla endorfin
salgılar, endorfin
patlaması olur. Aniden acı hissetmezsiniz, ayaklarınız acımaz, acılardan
kurtulursunuz, acı veren şeyler artık sizi rahatsız etmez, disfori sendromlarından kurtulursunuz. Aslında burada etkileşim
vardır, cünkü yapıları benzerdir. Morfin ile endorfinin yapısı aynı değildir, ama çok benzerler.
Şimdi morfinin diğer
türevlerine bakalım; kodein ve diasetilmorfin gibi. Bunların yapılarına bakarsanız, içlerinde morfin
kurallarının bulunduğunu görürsünüz. Bunların yapılarını VSEPR kurallarını
kullanarak aydınlatabilirsiniz ve buradaki melezleşmeleri düşünebilirsiniz.
Bildiğiniz gibi, mukayese edilirse, kodeinin ağrı kesici özelliğinin morfinden
daha az olduğu görülür, aynı zamanda daha az bağımlılık yapar. Bu nedenle, az
bir miktarı reçete ile yazılabilir. 20 yaş dişlerini çektirdiyseniz veya buna
benzer durumlarda, bazılarınız önceden kodein
almış olabilir. Şimdi, yapısına bakarak acınızı nasıl hafiflettiğini
düşünebilirsiniz.
Şimdi bir şeyden bahsetmek
istiyorum, çünkü çok ilginç. Bu morfinin diasetilmorfin
türevi. İkisi arasındaki tek fark, morfindeki iki alkol (veya hidroksi) grubu yerine, diasetil
morfinde iki asetil grubun geçmiş olmasıdır. Bayer firması tarafından sentezlenmiştir.
Bayer firmasının adını Aspirin’den duymuşsunuzdur.
Bayer
aspirin ile büyük bir başarı elde etti. Salisilik
asiti aldılar ve bundaki OH grubunu asetil grupları ile yer değiştirerek asetilsalisilik
asiti elde ettiler. Bunun yaygın adını bilen var mı? evet, aspirin. Bayer ve aspirin adı birbiri ile
özdeşleşmiştir. Telif hakları nedeniyle, pazarlamada
bu yakın ilişkiyi kurmak için çok çalıştılar, ama aspirin dediğimizde aklımıza Bayer
gelir.
Bayer morfinde de benzer
bir değişiklik yaparak diasetilmorfini buldular. Diasetilmorfin, morfinden çok daha etkindir. Bu bileşiğin
çok çok küçük miktarı bile
morfin ile aynı ağrı kesici etkiyi yapar. Bundaki problem bazı
yan etkileri maskelemesidir. Başlangıçta fark edilmez. 611
diasetilmorfine çok güçlü bir bağımlılık yaratır. Bu ilaç ilk
çıktığında, kahraman ilaç olarak düşünülmüştü. Çünkü çok güçlü bir ağrı kesiciydi.
Buna Bayer’ın heroini
dediler. asprinde yaptığımız gibi, Bayer ile heroin arasında bir bağ kuramıyoruz. Çünkü Bayer o bağlantıyı
kurmak için çok fazla çalışmadı. İlaç tarihinde bu ilginç bir hikayedir.
642 Bir tane daha örnek
göstereceğim. Demerol. Klinik olarak oldukça sık
kullanılır. Demerol ün yapısına bakarsanız morfine
hiç benzemediğini görürsünüz. Eğitimsiz bir göz, aralarındaki ilişkiyi göremez. Çünkü
kimyadaki bazı temel prensipleri bilmemiz gerekir. Bilirseniz, Demerolün
ortasındaki morfin kurallarını ayırt edebilirsiniz. Aslında, Demerol da morfinin
alternatifi olarak kullanılan ağrıkesici bir ilaçtır. 706 Aslında ağrıkesici
özelliği morfin kadar kuvvetli değildir, fakat onun kadar bağımlılık yapmaz . Demeroldaki mide
bulantısı gibi yan etkiler, morfinden daha azdır. Demerolün
de kendisine göre problemleri vardır, morfine farklı bir alternatif olarak sunulması iyi bir çözüm
değildir. Ama bazı durumlarda kullanıldığını
görebilirsiniz.
VESPER teorisine göre
düşünecek olursak veya melezleşmeye göre düşünecek olursak, şimdi vites değiştireceğiz ve bugün yepyeni
konuları konuşacağız. Çarşamba günü işlediğimiz derste melezleşmeyi hızlı bir
şekilde tayin etmek için bazı kurallar verdik. Bunu verdikten sonra, termokimya konusuna biraz giriş yaptık. Özel
olarak, kimyasal tepkimelerdeki entalpiler hakkında
konuştuk, Entalpi, bir
kimyasal tepkime oluşurken, tepkime esnasında alınan ve verilen enerjidir.
Ve şimdiye kadar bir tepkimenin toplam entalpisini nasıl ölçeceğimizi düşünmek için iki yol önerdik.
Şimdi bunu yapmak için
kullanabileceğimiz başka bir teknikten daha bahsetmek istiyorum.
Bu daha önce bahsettiğimiz tepkime entalpisi veya bir tepkimedeki
ısı değişimi kavramına dayanır. Bu bir hal
fonksiyonudur. Entalpi
hal fonksiyonudur. Hal fonksiyonu yoldan bağımsızdır.
Bizi ilgilendiren tek şey tepkimenin sadece başlangıç ve son haldir. Mesela, glükozun yükseltgenmesini
konuştuğumuzda, başlangıç hali reaktiflerdir, yani 1 mol
glükoz + 6 mol oksijen
gazıdır. Tepkimenin sonunda, 6 mol CO2 ve 6 mol H2O meydana gelir.
En azından bu hesaplamayı yaparken,
tepkimenin nasıl oluştuğu umurumuzda değildir. Entalpideki
toplam değişimi düşünürken, bizi ilgilendiren tek şey bu iki hal arasındaki
farktır.
Mesela, bunu nasıl
hesaplayacağımızı konuşacak olursak, bunu yapmanın bir yolunu biliyoruz. Burada
doğrudan aşağı inebiliriz (kırmızı ok), ama bu her zaman mümkün olamayabilir,
çünkü doğrudan hesaplayabilmemiz için buradaki oluşum entalpisi
değerlerine her zaman ulaşamayız.
Bu durumda, ikinci yoldan gideriz. Bu yolda doğrudan aşağı inmek yerine, yukarı
çıkarız (mor ok) ve glükoz molekülünü elementlerine parçalarız.
Bu değeri kitapların
arkasındaki çizelgelere bakarak hesaplayabiliriz ve bu tepkimenin entalpi değişimini, burada olduğu gibi, bulabiliriz.
İlerleyebilmek için bundan
sonra neye ihtiyacımız olduğunu bilmek kolay değildir. Bundan sonra, 6 mol CO2 molekülünün oluşum entalpisini
düşünebiliriz. Ve daha sonra bir adım daha ilerleriz ve 6 mol H2O
molekülünün oluşum entalpisini düşünebiliriz. Bu bir çember çizmek gibidir, önce yukarı
çıkarız sonra aşağı ve daha aşağı iner çemberi tamamlarız. Çünkü bu hal fonksiyonudur, ve bunu yapmamıza izin verir.
Bu konuştuklarımızı formüllendirebiliriz. Buna Hess
Yasası denir. Hess yasasına göre, elimizde birden çok
kimyasal tepkime varsa, bizi ilgilendiren kimyasal eşitliği elde etmek için
bunları birbirine ekleyebiliriz. Bizi
ilgilendiren tepkimenin entalpi değişimini bulabilmek
için, bu tepkimeyi oluşturan diğer tepkimelerin entalpilerini
toplayabiliriz.
Şimdi burada ne
konuştuğumuza şöyle bir bakalım. Biraz önce grafik olarak gösterdiğim örneği,
şimdi eşitlikler halinde göstereceğim. 1031 Çünkü Hess
yasası için bu daha uygundur. Hess yasası bunları
kimyasal tepkimeler şeklinde düşünmemize izin verir. Bunları cebirsel ifadeler
gibi kabul edebiliriz. Cebirsel ifade gibi
düşünecek olursak, bu farklı ifadeleri toplayabiliriz. Düşüneceğimiz tek şey reaktifler
ve ürünler tarafındaki benzer terimleri yok etmektir. Bunu yaptığımızda, sonuçta ilgilendiğimiz tepkimeyi elde
ederiz, yani glükozun yükseltgenme tepkimesini elde ederiz.
1057 Bu sadeleştirmeleri
yaparken çok dikkatli olmamız gerekir. Çünkü sadeleştirmeler yapıldıktan sonra
net tepkime ortaya çıkar. Mesela, önce O2 molekülünü düşünelim-- 6 yukarıda, 6 ortadaki O2 ler
birbirini götürür, tepkimenin
6 ile çarpıldığına dikkat edin. Tekrar 3 yukarıda ve üç aşağıdaki O2 ler birbirini götürür. Benzer şekilde, 6 ürünlerde 6 reaktifdeki H2 moleküllerini de sadeleştiririz. Son olarak C
atomlarını sadeleştiririz—burada 6 tane ürünlerde ve 6 tane reaktiflerde bulunur.
Gördüğünüz gibi, sadeleşmeyen diğer moleküller,
aşağıda tepkime olarak kalmıştır. 1137 Şimdibiraz
daha ilerleyelim
ve buradaki tüm farklı tepkimelerin entalpilerini
toplayalım.
İlk durumda, 1 mol glükoz için bu tepkimenin entalpisi +
1260 kJ/mol dür. Bu
tepkimenin entalpisi pozitiftir, çünkü bu tepkimenin
tersi oluşum entalpisidir. Bu nedenle glükozun parçalanma entalpisi
pozitiftir.
Sonra bu tepkimenin entalpisini ilave ederiz, bu tepkimenin entalpisi
-393.5 kJ/mol dur ve 6 ile çarpılması
gerekir, çünkü bu tepkimeden 6 tane kullanılmıştır. Son olarak, bir sonraki
tepkimeden 6 tane ilave ettik, bu tepkimenin entalpisi
-285.8 kJ/mol dür ve bunun da 6 ile
çarpılması gerekir.
Şimdi biraz daha
ilerleyelim ve buradaki her bir tepkimeyi toplayalım. Elde edilen son tepkime
şöyledir ve buna
karşılık gelen entalpi değişimi -2816 kJ/mol dür. Çarşamba günü bu
tepkime için verdiğimiz deneysel entalpi değerini
hatırlayanınız var mı?
Evet, burada
hesapladığımız ile aynı değer. Bu değeri oluşum entalpilerinde
kullanmıştık. Orada da deneysel sonuç ile aynı bulmuştuk.
1258 Toplam tepkimenin entalpi değişimi bulmak için şimdiye kadar üç yol
gösterdik. Bunların hepsi ders notlarınızda var.
Bu bölümü
bitirirken, şimdi, bunları tahtada sizin için özetleyeceğim. Çünkü buradaki iki
şey biraz karıştırabilir. Bu iki şeyi karıştırmayacağınızdan emin olmak
istiyorum. Özellikle de
gelecek sınav için.
Bir tepkimenin entalpisini hesaplamak için öğrendiğimiz ilk yol neydi?
Evet, bağ entalpilerinden bahsetmiştik,
ve bağ entalpileri ile
ilgili bir şey söylemek istiyorum. Bağ entalpisinin sembolu genellikle delta H dir.
Karışıklığın başladığı yer burasıdır. çünkü her şey
deltaH dir. Farklandırmak için genellikle hangi deltaH
den bahsediyorsak ona ait alt indis kullanılır. halbuki
bağ entalpilerinde hiçbir alt indis kullanılmaz. Fakat
bazen, alt indis olarak
B harfi ilave edilir.
Bağ entalpilerini
hesaplamalarda kullanırken. şu genel formülü kullanırız--toplam tepkimenin DH değeri = (bağ
kırılması sırasındaki bağ entalpilerinin toplamı) -
bağ kırılması sırasındaki bağ entalpilerinin toplamı
dır.
Bunun ne anlama geldiğini
biraz daha düşünelim. Burada kırılan bağları konuşacak olursak, bunlar reaktifin
midir? Yoksa ürünün müdür? Reaktife aittir. Reaktiflerin bağ entalpilerini toplarız ve ürünlerin bağ entalpilerinin
toplamından çıkartırız. OK. İlk stratejimiz budur.
Öğrendiğimiz ikinci strateji,
tepkimenin entalpisini bulmak için oluşum entalpilerini kullanmaktır. Bu bazen biraz sezgisel
olabilir, çünkü bir bileşiği oluşturmak için gereken entalpi
değişimini konuşuyoruz. Oluşum entalpilerini kullanarak
hesaplama yapmak istersek
Tepkimenin daltaH değeri = nedir? ürünler mi
reaktifler mi? evet ürünler. Ürünleri toplam oluşum entalpileri
–reaktiflerin toplam oluşum entalpileri. OK.
Üçüncü strateji, biraz
önce bahsettiğimiz Hess yasasını kullanmaktır.
Gerçekte, ilk ikisi de Hess yasasının bir
uygulamasıdır--özel bir uygulamasıdır, aslında Hess
yasasını her uygulamasında, tepkimenin son
entalpisini bulmak için farklı eşitlikleri amacımıza
uygun şekilde toparız.
Bu iki stratejiyi tahtada
birbirine yakın bir şekilde yazmamın nedeni, karıştırdığımız noktayı karşılaştırmak
içindir. Pek çok öğrenciler bunları genellikle karıştırır. İlk durumda yaptığımız
reaktif eksi
üründür. İkinci durumda ise ürün eksi reaktiftir.
1622 Entalpiler
ile hesaplama yaparken, bu iki şeyi hatırlamanız gerekir. Bunun nedeni bağ entalpisi tanımıdır.
Bir bağdan bahsederken, bir bağı kırmak için entalpi
alınır, bir bağı kırmak için sisteme ısı girer. Bu nedenle işareti + dır. Çünkü kararlı bir bağınız varsa bunu kırmak için enerji
vermek zorundasınız. Sonuçta burada pozitif bağ entalpisine
sahip oluruz.
Bunun tam tersine, oluşum entalpisinden konuştuğumuzda, bir molekülü oluşturmak için entalpi değişiminden bahsederiz.
Mesela, kuvvetli bağları olan kararlı bir molekülün
oluşum deltaH entalpisinin işareti nedir? pozitif mi yoksa
negatif mi? Negatif. deltaH oluşum enerjisinin işareti negatif tir. çünkü bu
terimler (oluşum entalpileri) negatif olarak kullanılır. Halbuki
ilk yöntemde pozitif olarak kullanıyoruz. Çalışırken işaretlerin yerini
değiştirebilirsiniz. Şu anda söylediğim için
bunu yapmanızın bir anlamı yok. Ders notlarına gidin, inceleyin ve bağ entalpilerine karşı bağ oluşum entalpilerini
kullanırken karıştırmayacağınızdan emin olun.
Entalpi hakkında çok fazla konuştum. Sadece tekrar yapmak istedim. 2. Sınavda buraya kadar olan
materyalden sorumlusunuz. Bugün sınıfta
bir kez daha netleştirmek istedim. Hepsi bu kadar. Bu
ayrıca ders notlarında yazılmıştır. Çarşamba günü yapılacak 2. Sınav için
hatırlatma yapmak istiyorum. 10. Dersten bu yere kadar olan konulardan
sorumlusunuz. Sadece entalpilerden ve 4. ve. 5.
Problem setlerinden sorumlusunuz. Söylediğim gibi, bu öğleden sonra ilave uygulama
problemlerini postalayacağım. Bunlar aynı kavramların gözgen
geçirilmesiyle iligilidir. Bu haftasonu daha
fazla uygulama yapabilirsiniz.
OK. Bu entalpidir.
2. Sınav materyallerinin sonudur.1823 konuşmamız gereken gerçekten önemi bir
kavram daha vardır—aksi takdirde entalpiyi kesmek
istemezdim- düşünmemiz gereken diğer
önemli bir kavram, istemli değişmedir, yani kendiliğinden değişmedir.
İstemli tepkimeyi
düşündüğümüzde, bu kavrama daha önceden alışık
olduğunuzu düşünüyorum, istemli tepkime, herhangi bir dış müdahele
olmaksınız sağ tarafa doğru kendiliğinden ilerleyen tepkime anlamına gelir.
İstemli prosesleri düşündüğümüzde, bir kimyasal
tepkimeyi konuşabiliriz, bunu tam olarak resimle gösterebiliriz, mesela, bir
dağın tepesinden yuvarlanan bir taş—taş kendiliğinden, istemli bir biçimde yuvarlanır.
İstemli prosesler
aynı zamanda bir yöne sahiptir, doğru, çünkü iş vermeksizin bir taş dağın
tepesine kendiliğinden yuvarlanamaz. Aslında istemli işlemleri konuşuyoruz, herhangi bir dış etki olmaksınız
kendiliğinden oluşan işlemleri konuşuyoruz.
Şimdi de bunu kimyasal
yönden düşünelim, bu durumda İstemli tepkimeleri konuşuruz. İstemli proseslerin bizi ilgilendiren kısmı istemli tepkimelerdir. Çeşitli
farklı tipteki istemli tepkimeleri düşünelim. Bunların istemli olmasına neden olan bazı fikirler
ileri sürelim.
Bir tane istemli tepkime,
burada yazılmıştır. Bu demirin yükseltgenmesidir veya pas oluşumudur. Bu aynı
zamanda eksotermik bir tepkimedir. deltaH değeri -824 kj/ mol e eşittir. dür. Burada yazılan
diğer bir istemli tepkime, asit ve baz tepkimesidir.
Bunlar birbirini nötralleştirirler. Burada hidronyum iyonu ve hidroksit iyonu etkileşerek su
oluştururlar. Bu istemlidir ve eksotermiktir. deltaH eşittir -55.9 kj/mol.
Şimdi vücudumuzda gerçekleşen
bir kimyasal tepkimeye bakalım. ATP nin hidrolizi, inanılmaz
derecede önemli bir tepkimedir. Burada Adenozin
burada trifosfat grubu vardır, Adenozin trifosfata kısaca ATP denir. Toplam yük -4 dür. ATP hidrolizlendiğinde
buradaki fosfat bağlarından biri uzaklaşır, böylece adenozin
difostat oluşur. (ADP) ve yükü -3 olur.
Notlarında bu eşitlik
farlı mı? OK. Teşekkür ederim. Hangi eşitlikten bahsediyorduk? Hangi sayfadaydı?geri dönelim. OK, 2119 Bu tepkimeyi notlarınızda
düzeltin. Web sitesinde de düzelteyim. Şimdi düzeltmek istemezseniz, Ders notlarını yeniden postalarım. 4 Fe + 3 O2
® 2Fe2O3 (katı) olmalıydı.
Gösterdiğiniz için teşekkür ederim. OK. Herkes yerini buldu mu? Buraya bir
işaret koyunuz.
Ders notlarını
almadıysanız onları size postalarım. 2149 ATP hidrolizine geri dönelim. ATP den
ADP ye dönüşme kendiliğinden olan bir işlemdir, aynı zamanda ısıveren bir
tepkimedir. Entalpi değişimi -24 kJ/mol dür.
Burada gösterdiğim 3
tepkime de istemlidir ve ısıveren bir tepkimedir. Benzer şekilde sayısız başka
tepkimeler de gösterebilirim. Isıveren bir tepkimeniz varsa, bu tepkime aynı zamanda
oda sıcaklığında istemlidir. Bu tepkimelerden bir sonuç çıkarabiliriz. Gerçekte,
bir tepkimenin istemli veya istemsiz olmasından entalpi
sorumludur. Bu izlenimi elde etmek oldukça kolaydır, herhangi bir sonuç çıkarmadan önce birkaç tane daha tepkime
göstereceğim. Şimdi birkaç tane daha istemi tepkime örneği vereceğim.
Mesela
katı suyun oda sıcaklığında sıvı suya dönmesi. Hepinizin bildiği gibi bu istemli bir olaydır. buz oda sıcaklığında erir, fakat entalpi
değişimi pozitifdir, değeri +6.95 kJ/mol dür. Benzer şekilde bir tepkime daha verelim. Amonyum nitratın suda çözünmesi. Amonyum nitrat genellikle
suni gübre olarak tüketilir. Ziraate yaygın olarak azot kaynağı
olarak kullanılır. Bunun suda çözünmesini düşünürsek, iki iyon oluşur, amoyum ve nitrat iyonları. Bu istemli bir tepkimedir. Fakat
bu tepkimenin deltaH değeri pozitiftir, yani endotermiktir.
Bunların hepsini düşünürsek, entalpinin istemliliğin anahtarı mıdır? Bunu söyleyebilir miyiz?
Hayır, kesinlikle istemliliğin
anahtarı değildir. Pek çok durumda oda sıcaklığında aralarında bir korelasyon olma eğilimindedir. Ama istemliliğin anahtarı
değildir. Onun yerine istemliliğin anahtarı Gibbs serbest enerjisidir veya deltaG
dir. DeltaG nin ne olduğunu düşünecek olursak, entalpi
ile ilişkilendirebiliriz. Bu formülde de görüldüğü gibi deltaH
ile aralarında bir korelasyon vardır. Çünkü deltaG eşitir deltaH
eksi bu terimdir. T sıcaklıktır ve TX entropi
değişimidir. Biraz sonra entropinin ne olduğunu
anlatacağız. Ama şimdi şunu bilmenizi istiyorum. Burada entalpi
kavramına ilaveten, istemlilikte rol oynayan başka bir
terimi daha düşünmeliyiz.
Şimdi deltaG
veya serbest enerjinin işaretleri hakkında konuşalım. Bazılarınız buna aşina
olabilir. Önce negatif deltaG yi
konuşalım. Sizce istemli midir? Yoksa istemsiz midir? Sanırım içinizde daha
önce duyan yok. Negatif deltaG yi düşünecek olursak, bu prosess istemli olacaktır.
Ne zaman negatif serbest enerji görürseniz, tepkime
ilerlerken enerji açığa çıkacak demektir. Tepkime kendiliğinden ilerleyecektir,
yani tepkime istemli olacaktır.
Bu şu anlama gelir, deltaG sıfırdan büyükse, tepkime istemsiz olacaktır,
tepkime kendiliğinden ilerlemeyecektir. Son olarak, deltaG sıfıra eşit
olduğunda, bu noktada sistem dengededir. Bu şu anlama gelir, dengede net bir değişim olmaz, yani
hem ileri hem de geri yönde bir değişimin olmayacağı anlamına gelir. İstemli
veya istemsiz bir tepkimeye olmaz, sistem dengededir, net bir değişim olmaz.
Burada bir şeyi işaret etmek istiyorum. Bu tepkimeler
sadece sabit sıcaklık ve basınçta geçerlidir, ki bu
eşitliğin kullanılmasını bu sınıfta tartışacağız. Pek çok kimyasal
tepkime, gerçekten, sabit sıcaklıkta ve
sabit basınçta gerçekleşir. Çünkü tepkimelerin çoğu açık atmosferde gerçekleşir
ve gerçekten de değişmez.
Şimdi, serbest enerji değişiminin
istemliliği tayin etiği halde entalpi değişiminin niçin
tayin edemediği üzerinde kısaca konuşalım. 2546 önce deltaG nin tanımını bir hatırlayalım, deltaG
düşünecek olursak, deltaG ne idi? deltaG , bir tepkimeden
salınan veya kullanılan enerjidir, fakat bir tepkimeden açığa çıktığında doğrudan
iş yapımında kullanılır. Buna serbest enerji enir—diğer şeyleri yapmak için
serbesttir.
Halbuki, buradaki entalpiyi konuştuğumuzda, bir
tepkimede, bağların kırılması ile açığa çıkan ısıdır, fakat bu ısının bir kısmı
molekülde tutunur veya harcanır. buradaki TdeltaS terimi bu durumu ifade eder. Bunu tutunan veya
serbest bırakılmayan enerji olarak düşünebiliriz.
Mesela, bu sınıftaki molekülleri
düşünelim, bu moleküller titreşim hareketi ve dönme hareketi yaparlar, bu hareketleri yapabilmesi için molekülde
depolanmış bir tür enerji bulunur, şunu söyleyebiliriz, bu entapinin
bir kısmı bir tepkimede bağların kırılması ile serbest bırakılır.
Bizim
örneğimizde, görüldüğü gibi deltaH terimi negatiftir, fakat deltaG
terimi hala pozitiftir. Tekrar ediyorum. Buradaki entropi
terimine henüz girmedik
,ama birkaç dakika sonra göreceğiz.
Ama önce, bir örneğe bakmak istiyorum. Amonyum
nitratın, suda çözündüğünde iki iyona ayrılması örneği üzerinde konuşalım. Daha
öncede söylediğim gibi, bu tepkimenin deltaH terimi
pozitiftir, ama yine de tepkime istemlidir, kendiliğinden ilerler. Şimdi bunu deltaG değerini hesaplayalım, ve negatif
olduğunu teyit edelim. Bu tepkime için, DG° = DH° -TDS°, dir, tepkimenin oda sıcaklığında olduğunu
düşünelim. TAHTA .DG° = 28 kJ/mol
– oda sıcaklığı 298 K olarak alınır,-- bu tepkimede sıcaklık daima Kelvin
alınır. Sonra bunu entropi ile çarpmamız gerekir,
yani 109 J/K.mol ile.
Burada bir şeye dikkat
çekmek istiyorum. Entropi, entalpiden
çok daha ufak bir değerdir, bu nedenle kJ yerine J
cinsinden verilir. Bu
problemleri çözerken, bu değeri kJ cinsine çevirmemiz
çok önemlidir, aksitakdirde çok anlamsız değerler
elde edilir. Bunu 0.109 kJ/mol.K birinime
çevirmemiz gerekir. X(0.109
kJ/K.mol).
Bunu tekrar yazalım. 28 kJ/mol
-32.5 kJ/mol , sonuçta bu tepkimenin deltaG
değeri -4 kJ/mol olur.
Bunu konuşacak olursak, deltaG değeri negatif olduğuna göre, tepkime istemli midir?
Yoksa istemsiz midir? Evet istemlidir. Çünkü burada deltaG
değeri negatif 4 dür, bu nedenleentalpi değişmi pozitif olmasına rağmen tepkime istemlidir.
Şimdi bir tane tepkimeye
daha bakalım.çünkü şimidiye kadar glükozun yükselgenme tepkimesine çok zaman harcadık. Tekrar edelim,
bu tepkimenin deltaH değerinin – 2.816 kj/mol olduğunu hesaplamıştık. Bunu
nasıl hesapladığımıza bir göz atın, deltaS değeri ise
+233 J/K.mol dür. Bu hesabı yapmadan önce, bir clicker sorusu soralım. Burada ne olduğunu
düşünmenizi istiyorum.
Glükozun yükseltgenmesinde entalpi ve entropi değişimlerinin işaretlerine bakarak aşağıdaki ifadelerden hangisinin doğru
olduğunu söyleyin. 1) her sıcaklıkta istemli, 2. Her sıcaklıkta istemsiz 3.
Tepkimenin sıcaklığına bağlı olarak, hem istemli hem de istemsiz olabilir.
Tepkimede burada verilmektedir. 10 s. Daha.
3002-3014 Farklı cevaplar vermişsiniz.
Bugünkü yarışmada grubunuzu ya kazandırmış yada
çökertmiş olabilirsiniz. Cevabınız yanlışsa önümüzde telafi etmeniz için birkaç
ders daha var. 3014 Doğru cevap her sıcaklıkta istemli olacaktı. Bunun niçin
böyle olduğunu çözmek için buradaki eşitliğe bir bakalım.
Tepkime istemli ise, deltaG negatif olmalıdır. Burada deltaH
negatif olduğuna göre, bu durumda sıcaklık ne olursa olsun, deltaG
değeri her zaman negatif olacaktır. Eğer deltaS
pozitif ise, bu durumda TdeltaS terimi daima pozitif
olacaktır. Çünkü Kelvin skalasına göre T
terimi daima pozitiftir, çünkü başlangıç değeri sıfır dır.
Buradaki ikinci terim daima negatif olacaktır. Her iki terimde daima negatif
olacağından bunların kombinasyonu olan deltaG de daima negatif olacaktır. Yani daima istemli
olacaktır.
Burada Glükozun
yükseltgenmesini hesapladığımızda, ne yaptığımızdan daima emin olmalıyız. Bunu
yapmak için, bu sayıları formülde yerine koyarız, deltaG
nin ne olduğuna bir bakalım. .DG° = -2816 – 298 (0.233) = -2885 kJ/mol. Bu istemli bir tepkimedir.
Şimdi daha önceden bahsettiğimiz
entropi terimine geçelim. Hep sözünü etmiş ama hiç
açıklamamıştık. Birkaç
dakika durup bu terimi düşünelim. Aslında entropi kavramını düşünmek oldukça kolaydır, entropi düzensizliğin bir ölçüsüdür. Sanırım her şeyin
düzensizliğe gitme eğilimi bizim için çok iyi bir kavram. Çünkü bunu kavramlaştırabilmek için çok sayıda yöntem
kullanabilirsiniz. Entropi basitçe bir sistemin düzensizliğin bir ölçüsüdür.
Kimyasal tepkime için konuşacak olursak, entropi
değişiminden bahsetmemiz gerekir. Bir tepkime ilerlerken sistem daha mı düzenli
hale geçer veya daha mı düzensiz hale geçer? Entalpide gördüğümüz
gibi, entropi de bir hal fonksiyonudur. Yani yola
bağımlı değildir. A noktasından B noktasına hangi yoldan gidildiği önemli
değildir. Bizi ilgilendiren sistemin şimdiki halidir. Şimdiki entropiden kastımız aslında entropi farkıdır.
Kavramsal olarak
düzensizliğin ne olduğunu göstermek için, örnek olarak New England
eyaletindeki taş duvarları vermek istiyorum. 3242 Taş duvarlar oldukça düzenli
bir yapıdır. Taş duvarlar inşa edildiğinde,
duvardaki her bir taş en düzenli halinde bulunur, diğer bir değişe düzensizliği
oldukça düşüktür. En düşük entropiye sahiptir ve düzensizliği
en düşük düzeydedir. Eğer New England daki taş duvarlara bakarsanız, ormanda yürüyüşe çıktığınızda bu antik
çağlardan kalma taş duvarları görebilirsiniz,
tamamen yıkılmış bir haldedirler. Bu duvarları başlangıçta olduğu gibi
düzenli bir halde göremezsiniz. Epeyce taşı düşmüştür, düzensizliği artmıştır
ve bunun sonucunda entropisi de artmıştır.
Bununla, hal fonksiyon
arasında bir benzetme yapmak istiyorum. Entropi
değişimini düşünecek olursanız, burada gösterdiğim mesafedir, entropi değişimini bu iki düzey arasındaki farktan doğrudan
hesaplamak mümkündür. Bizi son hale nasıl geldiği ilgilendirmez, sonuçta duvar
tamamen yıkılmıştır ve düzensizliği oldukça artmıştır. Mesela bazıları taşların
bir kısmı yerine koyarak düzensizlik bir miktar azaltmış olabilir. Bunun bir
önemi yok, bu bir hal fonksiyonudur. Bizi ilgilendiren başlangıç ile son hal
arasındaki farktır.
3358 Burada kendimi bir
alıntı yapmaktan alıkoyamıyorum. “Orada duvarı sevmeyen bir şey var” aranızda
bu alıntının nereden yapıldığını bilen var mı? Bu çok ünlü
bir şiir ve çok ünlü bir şair. Çok iyi bir tahmin. Aileleriniz sine
yardım edebilir. Evet, Harika. Bu soruyu doğru cevaplayanı daha önce hiç
görmemiştim. Bu Robert Frost’un “Mending
Wall” şiiri. Görünüşe bakılırsa
bir çoğunuz bunu biliyorsunuz, bu beni çok memnun etti.
“Orada duvarı sevmeyen bir şey var” Bu şiir için birçok yorum var. Fakat belki de
entropi ile alakalıdır. Entropi
duvarları sevmez. “Orada duvarı sevmeyen
bir entropi var” düzenlilikten düzensizliğe geçmek ve duvar yıkılmak
ister.
3444 Şimdi bu
söylediklerimizi ve düşündüklerimiz formüllendirelim.
Tekrar edelim. Söylemek istediğim, düzensizliğin artması, entropinin
artması demektir. Bir tepkimede entropi değişimi pozitif ise bu hangi
anlama gelir? Düzensizlik artar mı ? azalır mı?
Evet, gerçekten daha az
düzene veya daha çok düzensizliğe doğru gider. Aslında düzenden bahsetmemek
gerekir, çünkü ölçtüğümüz şey düzensizliktir. Burada entropi
değişimi pozitiftir ve düzensizlik artar. Entalpi
değişimi pozitifse, burada olduğu gibi düzensizlik artar. Entalpi
değişimi negatifse, düzensizliğin azaldığını göreceğiz.
Bunları farklı haller için
dikkate alacak olursak, verilen bir
molekülün veya verilen bir bileşiğin gaz halini, sıvı halini, katı halini
düşünecek olursak, bu hallerden hangisinin daha düzenli veya daha düzensiz olduğuna karar
verebiliriz. Sizce bu üç halden hangisinin düzensizliği en fazladır?
Evet, gaz
hali. Düzensizlik sırasına
bakacak olursak, gazın düzensizliği sıvıdan fazladır, sıvının düzensizliği
katıdan fazladır. Bu mantıklıdır, gaz molekülü istediği her tarafa hareket
edebilir. Sıvıda hareket imkanı biraz daha sınırlıdır,
her tarafa gidemezler, ama sıvıda moleküller belirli bir hacim içinde yer
değiştirebilirler. Katı halde, moleküller hareket edemez ve yer değiştiremez. Katı
içinde belli bir yerde durmak zorundadırlar.
Entropin için yapılan bu açıklamadan anlaşıldığına göre düzensizlik
arttıkça entropi artmaktadır. Entropinin
bu yorumu bize, herhangi bir hesaplama yapmadan bir tepkime hakkında öngörüde
bulunma imkanı verir.
3630 Aslında bu durumu çok severiz. Çünkü hesaplama
yaptığımızda, hesaplamayı kontrol etmemiz ve öngördüğümüz şeyin mantıklı
olduğundan emin olmamız gerekir.
Bu hesaplamayı nasıl
yapacağımızı konuşmadan önce, burada bir Clicker
sorusu soralım. Bir tepkimenin Entropi veya deltaS değişimini düşündüğümüze göre herkesin aynı sayfada
olduğundan emin olmak istiyorum. Hidrojen peroksitin su ve oksijen gazına bozunma tepkimesine bakalım. Bu tepkimede deltaS
nedir? Pozitif mi, negatif mi, sıfır mı, yoksa sıcaklığa bağlı olarak negatif veya
pozitif olabilir mi?
10 s. Daha. Bugünün en yüksek başarı oranı. Çoğunuz deltaS
i pozitif bulmuş. Aslında bu oldukça açık. Çünkü, 2 mol sıvıdan 2 mol sıvı ve
ilaveten 1 mol gaz molekülü oluşmakta. buna göre sistemde düzensizlik artar.
3748 Şimdi deltaS i nasıl hesaplayacağımızı düşünelim. Çünkü şimdiye
kadar size tepkimelerin deltaS değerini hep verdik, fakat, eminim tahmin etmişsinizdir, bu bilgi size
verilmemiştir. Mesela, gelecek problem setlerinde entropiyi
hesaplamanız gerekecek. Burada yapacağımız şey, moleküllerin her birinin mutlak
entropisini kullanarak tepkimenin entropisini
hesaplamaktır, bunu birazdan tartışacağız.
3812 Buradaki hesaplama, oluşum entalpilerini
kullanarak tepkimelerin entapisini hesaplamaya çok
benzer. Aradaki
fark, burada entropi değişimlerini değil, mutlak entropi değerlerini kullanırız, bunun için endişelenmeyin. Entropiye göre, mutlak sıfır kavramı vardır, bu sıcaklıkta
düzensizlik sıfır kabul edilir. Mutlak sıfırda bir molekülün kusursuz bir kristal
olduğu düşünülür. Bu sıcaklıkta sistemde düzensizlik yoktur. Bir tepkimenin entropisini hesaplamak için, ürünlerin mutlak entropilerinin toplamından reaktiflerin mutlak entropilerinin toplamı çıkartılır.
3858 bunu daha önce clicker
sorusu olarak sormuştuk. Yaptığımız öngörü ile yapacağımız hesaplamanın uyumlu
olup olmadığından emin olalım. Bunun için önce ürünlerin entropilerini
toplayacağız sonra reaktiflerin entropilerini
toplayacağız ve farklarını alacağız. Önce ürünlerden
başlayalım. ilk ürün sudur. Bunu 2 ile çarpmayı
unutmayın çünkü tepkime sonunda 2 mol su oluşmuştur.
Çok özür dilerim,
burası su olmalıydı, bu tepkimeyi tahtaya
yazayım. TAHTA tepkimenin deltaS ini konuşuyorduk. Bu ürünlerin entropilerinin
toplamı olmalı. 2X suyun entropisi, sonra diğer ürün, burada moleküler oksijendir. O2
gazını ilave edelim, bunun katsayısı yok, çünkü 1 mol
dür. Eksi ( –) hidrojen peroksit in entropisi,
katsayısı var mı? evet
, 2 .
4050 Çünkü burada 2 mol var. Su + oksijen eksi H2O2. Burada entropinin
değerleri doğru yazılmış. Sanırım bu doğru. Sanırım bu suyun entropisi. OK. Tepkimenin doğru şeklini tahtadan alın ve
notlarınızda düzeltin. Sonuçta bu tepkimenin entropi
değişimi için bulunan değer 125 J/mol dür.
4108 Ayrıca deltaS in niçin pozitif olduğunu düşünebiliriz?
deltaS
pozitiftir çünkü sıvadan sıvı +gaza geçiş var. düzensizlik
artmaktadır. Bu tepkimenin istemli olup
olmadığını düşünelim. Bunun için deltaG değerini
hesaplamamız gerekir. Bunu yapmak için, gereken değerleri buraya alalım. deltaG eşittir deltaH –T deltaS. Bu değerlerin hepsini yerine koyalım. deltaH -196 kj/mol eksi 298.15 K
(0.125 kj/Kmol) , bunu
tekrar yazmak istiyorum, çünkü J değerini kJ değerine
çevirdiğimizden emin olalım, 0.125 kJ/mol.K, sonuçta deltaG
-233 kJ/mol dür. Bu istemli
midir? Yoksa istemsiz midir?
Evet tepkime istemlidir. Bu tepkimeye aşina olabilirsiniz, çünkü ecza
dolabında çoğunlukla H2O2 bulunur. H2O2 nin son
kullanma tarihine bakın, eğer bu tarihi geçmişse kullanmayın.
Son kullanma tarihi geçmişse ne olur? Nasıl
bozulmuş olabilir? Bu durumda H2O2 suya dönüşmüştür. Bunu sakın içmeyi
denemeyin. Çünkü büyük bir ihtimalle o noktada H2O miktarı H2O2 dan fazladır.
Bu termodinamik için çok
önemli bir noktadır. Çünkü termodinamik gerçekte bir tepkimenin ileri yönde
istemli olup olmadığını söyler. Mesela, gördüğünüz gibi bu istemli bir
tepkimedir. Fakat
termodinamik tepkimenin zamanı hakkında bir şey söylemez. Bazı istemli tepkimeler
saniyede veya mikro saniyeden daha kısa sürelerde oluşabilir. Buna karşılık diğer tepkimeler burada olduğu gibi, uzun
süre alabilir, bazıları seneler sürebilir. H2O2 için bir gün değildir, bu
tepkimenin olması için uzun bir süre gerekir. Emin olmak için tepkimenin kinetiği
hakkında konuşmamız gerekir. Kinetik bir tepkimenin süresi hakkında bilgi
verir. Termokimya veya termodinamiği kinetik
ile karıştırmayın. deltaG ne kadar büyük olursa
olsun, ister -2 ister -2 milyon olsun, tepkimenin hızı hakkında bir şey söyleyemez.
Şimdi bir entropi
kavramını düşünmek için bir örnek daha yapalım. Oda sıcaklığında buzun erimesi
örneği hakkında konuşalım. Hepimizin bildiği gibi bu tepkime istemlidir. Fakat entalpi değişimi pozitiftir, endotermik tepkimedir.
Buradaki entropi değişimini hesaplayabiliriz. Bunu yapacağınızı
biliyorum. Burada ürün sıvı sudur reaktif ise buzdur. Entropi
değerlerini yerine koyarsak, sonuçta bu tepkimenin deltaS
değeri 28.59 J/Kmol dür.
Bu anlamlıdır, çünkü sistemin düzensizliği
artmaktadır ve bulduğumuz deltaS değeri de pozitiftir.
DeltaS değerinin niçin pozitif olduğu sorusunu sizin
için cevapladım. Katıdan sıvıya geçerken deltaS niçin pozitiftir? Çünkü düzensizlik artmaktadır.
deltaG yi de hesaplayabiliriz. Bu değerleri
formülde yerine koyarsak, sonuçta -1.57 kJ/mol buluruz.
Bu istemlidir çünkü deltaG değeri negatiftir. Daha fazlasını pazartesi günü
konuşacağız. Bu tepkimeler üzerine sıcaklığın nasıl etki edeceğinden bolca bahsedeceğiz.
Burada buzun erimesi hakkında bileceğimiz şey şudur, aslında bu olay sıcaklığa
bağlıdır. Burada
sıcaklık önemli bir rol oynar. Bu durumda, oda sıcaklığında deltaH
pozitif olsa bile, tepkime istemlidir.
Şimdi de oluşum serbest
enerjisini nasıl hesaplayacağımızı düşünelim. 4529 şunu biliyoruz, tepkimenin
serbest enerjisinin hesaplanmasında gördüğümüz eşitliği kullanabiliriz. Belli
bir molekül için oluşum serbest enerjisini nasıl hesaplayacağımızı düşünelim.
4541 gerçekten, oluşum entalpisinde
düşündüklerimize çok benzer, veya basitçe oluşum
Standart Gibbs serbest enerjisidir. 1 bar basınç altında,
oda sıcaklığında, ve elementlerin en kararlı hallerinden 1 mol
bileşiğin oluşumu sırasındaki serbest enerji değişimidir.
4559 Bunları deltaH oluşum çizelgesine benzer şekilde çizelgeler halinde
verebiliriz, Ayrıca, şimdi vereceğim bu
tepkime ile de tablo halinde verebiliriz.4608 bu daha önceden bahsettiğim tepkimelere
benzer, daha genel bir şekliyle, bir tepkimenin serbest enerjisi değişimine benzer.
Bu bir tepkimenin serbest enerjisidir,
belli bir bileşiğin oluşumudur, bir bileşiğin oluşum stardart
serbest enerjisi eşittir oluşum entalpisi eksi TDS.
4629 bir molekülün oluşumu
sırasındaki serbest enerji değişiminin niçin önemli olduğunu düşünelim
. Önemlidir. çünkü, oluşum serbest enerjisi DGo, elementlerine göre bir molekülün kararlı veya kararsız
olmasının bir ölçüsüdür. Mesela, bazı bileşikler elementlerine nazaran çok kararlıdır.
Bu durumda oluşum serbest enerjisinin ne olmasını bekleriz .
Negatif midir? Yoksa Pozitif midir?
Şimdi son clicker sorusuna geçelim.
Bir molekülün oluşumu sırasındaki serbest enerji değişimi DGo negatif ise bu bileşiğin elementlerine göre kararlılığı
hakkında ne söyleyebilirsiniz? daha mı kararlıdır yoksa daha mı kararsız dır?
Son 10 saniye. Çok ilginç. Bizim için İkinci
bir taybrek (veya beraberlik). Notlara geri dönelim ve bunun hakkında biraz
düşünelim.
Bu Bileşik elementlerine
göre daha kararlıdır. Bunun nedeni şudur, bir bileşiğin elementlerinden oluşum
tepkimesini düşünürseniz, bu tepkimenin DG değeri negatif ise, bu tepkime istemli olarak oluşacaktır. Yani
bu tepkimenin kendiliğinden oluşacağı anlamına gelir. Bileşiğin oluşumu
sırasında ısı açığa çıkacaktır, diğer bir değişle, bileşik elementlerine göre
daha kararlıdır. Bunun tam
tersine, oluşum serbest enerjisi sıfırdan büyükse, bileşiğin oluşumu
sırasındaki deltaG sıfırdan büyükse, termodinamik
olarak elementlerine nazaran kararsızdır, çünkü bu tepkimede enerji açığa
çıkması yerine, bileşiği oluşturmak için tepkimeye enerji verilmelidir.
Oluşum serbest enerjisi,
bir bileşiğin elementlerine göre kararlı olup olmadığı bilgisini verir.