Entalpi
Entalpi H özellikle sabit basınçtaki süreçleri açıklamak için kullanılan bir hal fonksiyonudur. Bir cismin içinde “bulunan ısı” anlamına gelmez; fiziksel olarak önemli olan iki durum arasındaki ΔH değişimidir. Sistem çevreye ısı verirse ΔH < 0, ısı alırsa ΔH > 0 olur.
Görsel model
Şema kavramsaldır; ölçekler birebir fiziksel ölçek değildir.
Etkileşimli hesaplama
H ile iç enerji arasındaki ilişki
H = U + pV tanımı iç enerjiye genleşme-sıkışma ile ilişkili pV terimini ekler. Basınç sabitse ve tek mekanik iş pV işi ise, sisteme aktarılan sabit basınç ısısı qₚ entalpi değişimine eşittir: qₚ = ΔH.
Her uygulamada önce sistem, başlangıç-son durumları ve birimler açıkça tanımlanmalıdır. Boyutsal tutarlılık güçlü bir denetimdir: yalnız aynı boyuttaki nicelikler toplanabilir ve kullanılan işaret seçilen fiziksel yönle uyumlu olmalıdır. Bu kontrol sayısal sonuçtan önce birçok hatayı yakalar.
Ekzotermik ve endotermik süreçler
Ekzotermik tepkimede ürünler daha düşük entalpiye geçer ve ΔH negatiftir. Endotermik süreç net olarak ısı alır ve ΔH pozitiftir. Mol başına verilen değerler genellikle kJ·mol⁻¹ birimindedir ve yazılmış stokiyometrik denklemle birlikte anlam taşır.
Bir denklem fiziksel modelin yerine geçmez. Sayıları yerleştirmeden önce hangi değişkenlerin sabit olduğu, hangi etkileşimlerin sisteme katıldığı ve büyüklüğün skaler mi vektörel mi olduğu belirlenmelidir. Matematiksel olarak doğru bir işlem, yanlış modele uygulanırsa fiziksel olarak yanlış sonuç verir.
Hess yasası
Entalpi bir hal fonksiyonu olduğu için toplam ΔH izlenen yola değil başlangıç ve son duruma bağlıdır. Bir tepkime başka tepkimelerin toplamıysa ΔH değerleri cebirsel olarak toplanır. Denklem ters çevrilirse işaret değişir; katsayılar çarpılırsa ΔH da aynı katsayıyla çarpılır.
Deneysel nicelikler sonlu duyarlılıkla ölçülür. Alet seçimi, kalibrasyon, ısı ya da sürtünme kayıpları ve çevre koşulları sonucu etkileyebilir. Verilerin haklı çıkarmadığından daha fazla basamak yazmak ölçümün gerçek bilgi içeriğini artırmaz.
Standart oluşum entalpileri
ΔH°f, bir mol bileşiğin elementlerinin standart hallerinden oluşmasına ait entalpi değişimidir. Tepkime için ΔH° = ΣνΔH°f(ürünler) − ΣνΔH°f(girenler). O₂(g) veya grafit C(s) gibi elementlerin standart haldeki ΔH°f değeri tanım gereği sıfırdır.
Her basit modelin bir geçerlilik aralığı vardır. Basınç, hız, derinlik, sıcaklık veya genlik çok büyütüldüğünde ilk hangi varsayımın bozulacağını sormak gerekir. Modelin sınırlarını belirtmek, ana bağıntıyı vermek kadar bilimsel açıklamanın bir parçasıdır.
Kalorimetri
Kalorimetride ölçülen sıcaklık değişimi q = mcΔT veya toplam ısı kapasitesi ile ısıya çevrilir. Çözelti ısınıyorsa qçözelti > 0 ve ideal yalıtımda qtepkime < 0 olur. Isı kaybı, kabın ısı kapasitesi ve kalibrasyon deneysel belirsizliği belirler.
Son olarak büyüklük mertebesi ve sınır durum kontrol edilir. Bir parametre sıfıra indirilir ya da iki katına çıkarılırsa öngörülen değişim mekanizmayla uyumlu olmalıdır. Bu basit kontrol yanlış işaret, birim veya orantıyı daha karmaşık analize geçmeden ortaya çıkarabilir.
Alıştırmalar
Alıştırma 1
Bir tepkime sabit basınçta çevreye 18,5 kJ veriyor. ΔH nedir?
Çözüm: ΔH = qₚ = −18,5 kJ.
Alıştırma 2
ΔH₁ = +42 kJ ve ΔH₂ = −67 kJ. Toplam değişimi bulun.
Çözüm: Hess yasasıyla ΔH = −25 kJ.
Alıştırma 3
2,0 mol için molar ΔH = −55 kJ·mol⁻¹. Aktarılan enerji nedir?
Çözüm: qₚ = nΔH = −110 kJ.