Termokimya, kimyasal reaksiyonlar sırasında enerji değişimini ve ısının rolünü inceleyen bilim dalıdır. Bu disiplin, termodinamiğin ilkeleriyle yakından ilişkilidir ve kimyasal reaksiyonların enerji dengesini hesaplar. Bir kimyasal reaksiyon meydana geldiğinde, sistemin enerji içeriği ya artar ya da azalır. Bu enerji değişimi, reaksiyonun ekzotermik ya da endotermik olup olmadığını belirler.

Ekzotermik Reaksiyonlar

Sistemdeki enerjinin çevreye ısı olarak yayıldığı reaksiyonlardır. Örneğin, yanma reaksiyonları ekzotermik reaksiyonlardır.

Endotermik Reaksiyonlar

Sistemin çevreden ısı aldığı reaksiyonlardır. Örneğin, suyun buharlaşması endotermik bir süreçtir.

Temel Kavramlar

Sistem ve Çevre

Termokimyasal çalışmalarda sistem, üzerinde çalışılan kimyasal reaksiyon veya madde topluluğunu ifade eder. Çevre ise sistemin dışında kalan her şeyi kapsar.

Entalpi (H)

Sabit basınçta gerçekleşen bir kimyasal reaksiyonda ısı değişimini tanımlar. Bir sistemin entalpisi, sistemin iç enerjisinin (U), basınç (P) ve hacim (V) çarpımına eklenmesiyle hesaplanır:

H = U + P⋅V

İç Enerji (U)

Bir sistemin içerdiği toplam enerji miktarını tanımlar ve hem kinetik hem de potansiyel enerjileri içerir. İç enerji, termodinamik sistemlerin temel enerji parametresidir.

Isı (q)

Isı, bir reaksiyon sırasında sistem ve çevre arasında aktarılan enerji miktarını ifade eder. Isı, sistemin sıcaklığı ve sistemin enerjisinin bir fonksiyonudur.

İş (w)

İş, termodinamik sistemde gerçekleşen bir enerji transferidir ve sistemin çevre üzerinde yaptığı veya çevreden aldığı işi ifade eder.

Termodinamiğin Birinci Yasası: Enerjinin Korunumu

Termodinamiğin birinci yasası, enerjinin korunumu prensibine dayanır. Bu yasa, bir sistemin iç enerjisindeki değişimin sisteme eklenen ısı ile yapılan işin toplamına eşit olduğunu belirtir:

ΔU = q + w

Ekzotermik ve Endotermik Reaksiyonlar

Ekzotermik Reaksiyonlar

Ekzotermik reaksiyonlar sırasında sistem çevreye ısı yayar. Bu reaksiyonlar sonucunda sistemin enerjisi azalır ve entalpi değişimi ΔH negatiftir. Bir yanma reaksiyonu ekzotermik bir reaksiyonun klasik bir örneğidir.

C(s) + O₂(g) → CO₂(g) + ısı

Endotermik Reaksiyonlar

Endotermik reaksiyonlar sırasında sistem çevreden ısı alır. Sistemin enerjisi artar ve entalpi değişimi ΔH pozitiftir. Suyun buharlaşması endotermik bir reaksiyon olarak verilebilir.

H₂O(l) → H₂O(g) + ısı

Entalpi Değişimi ve Hesaplanması

Entalpi değişimi (ΔH), bir kimyasal reaksiyonun ekzotermik ya da endotermik olup olmadığını anlamak için kullanılır. Reaksiyon entalpisi, ürünlerin entalpi değerlerinden reaktantların entalpi değerlerinin çıkarılması ile hesaplanır:

ΔH = H(ürünler) − H(reaktantlar)

Entalpi Değişimlerinin Standart Şartlarda Hesaplanması

Kimyasal reaksiyonların entalpileri standart şartlarda (1 atm basınç ve 25°C sıcaklık) hesaplanır ve bu değerlere standart reaksiyon entalpisi (ΔH°) denir.

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) ΔH° = −571.6 kJ/mol

Termokimyasal Denklemler

Termokimyasal denklemler, kimyasal tepkimelerin yanı sıra reaksiyon sırasında açığa çıkan ya da soğurulan ısı miktarını da gösterir.

CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g) ΔH = −890.3 kJ

Hess Yasası

Hess Yasası, entalpi değişiminin, reaksiyonun izlediği yoldan bağımsız olduğunu belirtir.

ΔH(toplam) = ΔH₁ + ΔH₂ + … + ΔHₙ

Isı Kapasitesi ve Formülü

Isı kapasitesi, bir maddenin sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli olan ısı miktarını tanımlar.

q = m⋅c⋅ΔT

Kimyasal Reaksiyonlar ve Entropi

Entropi (S), bir sistemdeki düzensizliğin ya da rastgeleliğin bir ölçüsüdür.

Gibbs Serbest Enerjisi

Gibbs serbest enerjisi (G), bir sistemdeki serbest enerjiyi ölçen ve sistemin iş yapabilme kapasitesini gösteren bir termodinamik büyüklüktür.

ΔG = ΔH − TΔS