Termokimya

Termokimya kimyasal sistemi özgü enerji içeriği olan entalpi ile ilgilenir. Bu bölümde tepkimelerin açıklaması, örneğin benzinin yanma tepkisinin bir özelliği olan tepkin maddelerin enerji içeriklerinin ürünlerin enerji içeriklerinden fazla olması ile enerji fazlası dış ortama ısı olarak verilir. Buna rağmen ham petrolün parçalanma ile elde edilen benzinin oluşumu esnasında enerji soğuran bir tepkime ile oluşur. Bu durumda kimyasal maddelerin entalpisi ürünlerin entalpisinden daha düşüktür.

Ekotermik ve endotermik tepkimeler olarak türleri ayrılan termokimya ısı veren ve ısı alan iki tür davranışa fiziksel hal değişiminde rastlanır. Üzerinde eterin ve benzinin yarattığı soğukluk hissi ısı soğutularak buharlaşmasından meydana gelir. Bir tersinir tepkime sırasında üretilen ısı miktarı ters tepkimeyle tüketilen ısı miktarına eşit değildir. Hidrojen ve oksijenin birleşimi su meydana getirirken; çok büyük miktarda enerji açığı meydana gelir. Buna karşılık suyun hidrojen ve oksijene ayrılması için eşdeğer bir enerji miktarı gerekir. Ancak tam anlamıyla suyla çalışan motor henüz keşfedilmemiştir.

Tepkime ısıları ısı ölçüm yani kalorimetre tekniğiyle deneysel olarak belirlenir. Bu değerler yapılan hesaplamalar ile uygulanabilir. Kimyasal dönüşüm tepkin maddelerle atom arası bağların kopması ve sonra ürünlerde yeni bağların oluşması ile meydana gelir. Bu bağların enerjilerini önceden belirlemek şartıyla tepkime asılları ve yeni gruplaşmanın enerji bilançosu çıkarılarak; yeni tepkime ısıları ölçülür.

Isı olmayan Ender kimyasal tepkimelerde kopan bağların enerji toplamı, oluşan yeni boğaların enerji toplamına tam olarak eşittir ve bu tür tepkimede oluşan ısı etkisi sıfırdır.

Bir kimyasal sisteminin enerji içeriği bir tepkime sırasında belli olur. Bu Termokimyanın temel kuralıdır. Bir maddenin içerdiği enerji miktarı doğrudan ölçülemez. Buna rağmen maddenin dönüşümü sırasındaki değişimi genellikle ölçülebilen bir değerdir. Bu değişim dış ortamla veya ısı alışverişi esnasında bir iş alışverişi şeklinde oluşur. Bir iş söz konusu olduğunda bu iş için P basıncı ile ∆V hacim değişimi çarpılarak yeni ölçüm elde edilir. Sistem tarafından alınan enerjiler uzlaşma gereği pozitif, kaybedilen enerjiler negatif olarak belirlenir. Bu yüzden entalpi formülünde - işareti kullanılır.

Kapalı bir kapta yani hacım değişikliği olmadan uygulanan bir kimyasal tepkime ile dış ortamda iş alışverişi gerçekleştirilemez. İş ve ısı alışverişi miktarının toplamını veren iş enerji değişimi tepkimenin Q miktarına eşittir. Değişmez hacimde Q=∆U eşitliği ile formül edilir.

Bununla beraber kimyasal tepkimelerin büyük çoğunluğu açık havada yani değişmez basınç altında meydana gelir. Bu durumda H büyüklüğü entalpi ile belirtilir ve şöyle formül edilir.

H=U+P.V

Böylece tepkime tarafından üretilen ve soğurulan ısı basit olarak entalpi değişimine eşit olur ve bu değişimin ifadesi Q= ∆H ile gösterilir.

Bir maddenin fiziksel ve kimyasal değişime sırasında entalpi değişimi doğrudan doğruya dış ortamla enerji alışverişi ile hesaplanır.

Bu değişimin işareti enerji üretilen tepkimelerle yani ısı veren enerji tüketen tepkimelerin ayırt edilmesini sağlar. Birinci tepkimelerde tepkin maddelerin entalpisi, ürünlerin entalpisinden büyüktür enerji. Dış ortamda karşılayan ısı alan tepkimelerde bunların entalpisi ürünlerin entalpisinden daha küçüktür. Tepkime ısıları sıcaklıkta çok az değişir ve yaklaşık 100 santigrat derecelik bir sıcaklık aralığında değişilmez olarak kabul edilir. Kimyacı bir maddenin gerçek ısı enerjisine entalpi sayesinde moleküllerin mikroskobik olarak yeniden düzenlenmesini uzaktan değerlendirebilir. Böylece atomlar arasında bağların kopması ve yeniden oluşması, çözünen bir cisimle çözücü arasındaki etkileşimler araştırılır. Bir tepkimenin iç mekanizması korkulacak bir karmaşıklıkta olsa bile kimyacı bu tepkimenin sonuçlarını önceden fark edebilir.