💡 11. Sınıf Kimya: Standart Molar Oluşum Entalpisi Çözümlü Örnekler

Bir tepkimenin standart molar oluşum entalpisi olabilmesi için aşağıdaki koşulları sağlaması gerekir:

• 📌 Oluşan ürün 1 mol olmalıdır.
• 📌 Ürün, elementlerinden oluşmalıdır.
• 📌 Elementler, standart koşullarda en kararlı fiziksel hallerinde olmalıdır (örn: \( \text{O}_2\text{(g)} \), \( \text{H}_2\text{(g)} \), \( \text{C(grafit)} \), \( \text{Fe(k)} \)).

Şimdi tepkimeleri inceleyelim:

• ✅ 1. Tepkime: \( \text{H}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \to \text{H}_2\text{O(s)} \)
  Ürün 1 mol \( \text{H}_2\text{O(s)} \)'dir. Girenler elementtir ve standart koşullarda en kararlı hallerindedirler. Bu tepkime standart molar oluşum entalpisini ifade eder.
• ✅ 2. Tepkime: \( \text{C(grafit)} + \text{O}_2\text{(g)} \to \text{CO}_2\text{(g)} \)
  Ürün 1 mol \( \text{CO}_2\text{(g)} \)'dir. Girenler elementtir ve karbonun standart hali grafittir. Bu tepkime standart molar oluşum entalpisini ifade eder.
• ❌ 3. Tepkime: \( \text{N}_2\text{(g)} + 3\text{H}_2\text{(g)} \to 2\text{NH}_3\text{(g)} \)
  Ürün 2 mol \( \text{NH}_3\text{(g)} \)'tür. Tanıma göre 1 mol ürün oluşması gerekir. Bu tepkime standart molar oluşum entalpisini ifade etmez.
• ❌ 4. Tepkime: \( \text{C(elmas)} + \text{O}_2\text{(g)} \to \text{CO}_2\text{(g)} \)
  Karbonun standart koşullarda en kararlı hali grafittir, elmas değildir. Bu nedenle bu tepkime standart molar oluşum entalpisini ifade etmez.

👉 Sonuç olarak, 1 ve 2 numaralı tepkimeler standart molar oluşum entalpisini ifade eder.

Bir tepkimenin standart entalpi değişimi, ürünlerin standart molar oluşum entalpileri toplamından, girenlerin standart molar oluşum entalpileri toplamının çıkarılmasıyla bulunur:
\[ \Delta H_{tepki}^\circ = \sum n \Delta H_f^\circ (\text{ürünler}) - \sum m \Delta H_f^\circ (\text{girenler}) \] Burada \( n \) ve \( m \), tepkime denklemindeki stokiyometrik katsayılardır.

Unutmayın: Elementlerin standart koşullarda en kararlı hallerinin oluşum entalpileri sıfırdır (\( \Delta H_f^\circ = 0 \)). Bu nedenle \( \text{O}_2\text{(g)} \)'nin oluşum entalpisi 0 kJ/mol'dür.

Şimdi verilen değerleri formülde yerine koyalım:

• 👉 Ürünler:
• 2 mol \( \text{CO}_2\text{(g)} \): \( 2 \times (-393 \text{ kJ/mol}) = -786 \text{ kJ} \)
• 2 mol \( \text{H}_2\text{O(s)} \): \( 2 \times (-285 \text{ kJ/mol}) = -570 \text{ kJ} \)
• 👉 Girenler:
• 1 mol \( \text{C}_2\text{H}_4\text{(g)} \): \( 1 \times (+52 \text{ kJ/mol}) = +52 \text{ kJ} \)
• 3 mol \( \text{O}_2\text{(g)} \): \( 3 \times (0 \text{ kJ/mol}) = 0 \text{ kJ} \)

Toplamları hesaplayalım:

• Ürünlerin toplamı: \( (-786) + (-570) = -1356 \text{ kJ} \)
• Girenlerin toplamı: \( (+52) + 0 = +52 \text{ kJ} \)

Şimdi formülü uygulayalım:
\[ \Delta H_{tepki}^\circ = (-1356 \text{ kJ}) - (+52 \text{ kJ}) \] \[ \Delta H_{tepki}^\circ = -1356 - 52 \] \[ \Delta H_{tepki}^\circ = -1408 \text{ kJ} \] ✅ Tepkimenin standart entalpi değişimi -1408 kJ'dür. Bu, tepkimenin ekzotermik olduğunu ve ısı açığa çıkardığını gösterir.

Yine aynı formülü kullanacağız:
\[ \Delta H_{tepki}^\circ = \sum n \Delta H_f^\circ (\text{ürünler}) - \sum m \Delta H_f^\circ (\text{girenler}) \] Verilenleri formülde yerine koyalım:

• 👉 Ürünler:
• 1 mol \( \text{CO}_2\text{(g)} \): \( 1 \times (-393 \text{ kJ/mol}) = -393 \text{ kJ} \)
• 2 mol \( \text{H}_2\text{O(g)} \): \( 2 \times (-242 \text{ kJ/mol}) = -484 \text{ kJ} \)
• 👉 Girenler:
• 1 mol \( \text{CH}_4\text{(g)} \): \( 1 \times \Delta H_f^\circ (\text{CH}_4\text{(g)}) = \Delta H_f^\circ (\text{CH}_4\text{(g)}) \) (Aradığımız değer)
• 2 mol \( \text{O}_2\text{(g)} \): \( 2 \times (0 \text{ kJ/mol}) = 0 \text{ kJ} \) (Element olduğu için)

Toplamları hesaplayalım:

• Ürünlerin toplamı: \( (-393) + (-484) = -877 \text{ kJ} \)
• Girenlerin toplamı: \( \Delta H_f^\circ (\text{CH}_4\text{(g)}) + 0 = \Delta H_f^\circ (\text{CH}_4\text{(g)}) \)

Şimdi formülü uygulayalım ve \( \Delta H_f^\circ (\text{CH}_4\text{(g)}) \) değerini bulalım:
\[ -802 \text{ kJ} = (-877 \text{ kJ}) - (\Delta H_f^\circ (\text{CH}_4\text{(g)})) \] \[ -802 = -877 - \Delta H_f^\circ (\text{CH}_4\text{(g)}) \] \[ \Delta H_f^\circ (\text{CH}_4\text{(g)}) = -877 + 802 \] \[ \Delta H_f^\circ (\text{CH}_4\text{(g)}) = -75 \text{ kJ/mol} \] ✅ Metan gazının standart molar oluşum entalpisi -75 kJ/mol'dür.

Bu soruda stokiyometri ile entalpi hesaplamasını birleştireceğiz.

• Adım 1: \( \text{CH}_4 \) gazının mol kütlesini hesaplayalım.
• \( \text{CH}_4 \): \( (1 \times 12) + (4 \times 1) = 12 + 4 = 16 \text{ g/mol} \)
• Adım 2: Verilen 32 gram \( \text{CH}_4 \) gazının kaç mol olduğunu bulalım.
• Mol sayısı \( n = \frac{\text{kütle}}{\text{mol kütlesi}} \) formülüyle bulunur.
• \( n_{\text{CH}_4} = \frac{32 \text{ g}}{16 \text{ g/mol}} = 2 \text{ mol} \)
• Adım 3: Tepkime entalpisi ile mol sayısı arasındaki ilişkiyi kuralım.
• Tepkime denklemine göre, 1 mol \( \text{CH}_4 \) yandığında -802 kJ ısı değişimi olur (yani 802 kJ ısı açığa çıkar).
• Orantı kuralım:
  1 mol \( \text{CH}_4 \) \(\longrightarrow\) -802 kJ
  2 mol \( \text{CH}_4 \) \(\longrightarrow\) \( x \) kJ
• \( x = 2 \text{ mol} \times (-802 \text{ kJ/mol}) = -1604 \text{ kJ} \)

✅ 32 gram \( \text{CH}_4 \) gazı yandığında 1604 kJ ısı açığa çıkar. (Negatif işaret, ısının açığa çıktığını, yani ekzotermik olduğunu gösterir.)

Bu soruyu Hess Yasası'nı kullanarak çözebiliriz. Hess Yasası'na göre, bir tepkime birden fazla adımda gerçekleşiyorsa, toplam entalpi değişimi adımların entalpi değişimlerinin toplamına eşittir.

Amacımız şu tepkimenin entalpisini bulmak:
\[ \text{H}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \to \text{H}_2\text{O(g)} \quad (\Delta H_f^\circ (\text{H}_2\text{O(g)})) \] Verilen tepkimeler:

1. \( \text{H}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \to \text{H}_2\text{O(s)} \quad \Delta H_1 = -285.8 \text{ kJ/mol} \)
2. \( \text{H}_2\text{O(s)} \to \text{H}_2\text{O(g)} \quad \Delta H_2 = +44.0 \text{ kJ/mol} \)

İstediğimiz tepkimeyi elde etmek için bu iki tepkimeyi toplamamız yeterlidir:
\[ \begin{array}{l} \text{H}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \to \text{H}_2\text{O(s)} & \Delta H_1 = -285.8 \text{ kJ/mol} \\ \text{H}_2\text{O(s)} \to \text{H}_2\text{O(g)} & \Delta H_2 = +44.0 \text{ kJ/mol} \\ \text{H}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \to \text{H}_2\text{O(g)} & \Delta H_{toplam} = \Delta H_1 + \Delta H_2 \end{array} \] Toplama işlemi sırasında ara ürün olan \( \text{H}_2\text{O(s)} \) her iki tarafta da olduğu için birbirini götürür.

Şimdi entalpi değerlerini toplayalım:
\[ \Delta H_{toplam} = (-285.8 \text{ kJ/mol}) + (+44.0 \text{ kJ/mol}) \] \[ \Delta H_{toplam} = -241.8 \text{ kJ/mol} \] ✅ Su buharının standart molar oluşum entalpisi -241.8 kJ/mol'dür. Görüldüğü gibi, suyun sıvı halinin oluşum entalpisi, gaz halinin oluşum entalpisinden daha düşüktür, çünkü sıvı hal daha kararlıdır ve oluşurken daha fazla enerji açığa çıkarır.

Bu soruyu adım adım çözerek ara ürün B gazının oluşum entalpisini bulup, ardından Y gazının oluşum entalpisine ulaşacağız.

Hatırlatma: Elementlerin standart molar oluşum entalpileri sıfırdır (\( \Delta H_f^\circ = 0 \)). Bu nedenle \( \Delta H_f^\circ (\text{A(g)}) = 0 \) ve \( \Delta H_f^\circ (\text{C(g)}) = 0 \) olacaktır.

• Adım 1: B gazının standart molar oluşum entalpisi (\( \Delta H_f^\circ (\text{B(g)}) \)) hesaplayalım.
• 1. Aşama tepkimesi: \( \text{X(g)} + \text{A(g)} \to \text{B(g)} \)
• \( \Delta H_1 = \Delta H_f^\circ (\text{B(g)}) - [\Delta H_f^\circ (\text{X(g)}) + \Delta H_f^\circ (\text{A(g)})] \)
• Verilen değerleri yerine koyalım:
  \( -100 \text{ kJ} = \Delta H_f^\circ (\text{B(g)}) - [-50 \text{ kJ/mol} + 0 \text{ kJ/mol}] \)
• \( -100 = \Delta H_f^\circ (\text{B(g)}) - (-50) \)
• \( -100 = \Delta H_f^\circ (\text{B(g)}) + 50 \)
• \( \Delta H_f^\circ (\text{B(g)}) = -100 - 50 = -150 \text{ kJ/mol} \)
• Adım 2: Y gazının standart molar oluşum entalpisi (\( \Delta H_f^\circ (\text{Y(g)}) \)) hesaplayalım.
• 2. Aşama tepkimesi: \( \text{B(g)} + \text{C(g)} \to \text{Y(g)} \)
• \( \Delta H_2 = \Delta H_f^\circ (\text{Y(g)}) - [\Delta H_f^\circ (\text{B(g)}) + \Delta H_f^\circ (\text{C(g)})] \)
• Verilen değerleri ve Adım 1'de bulduğumuz \( \Delta H_f^\circ (\text{B(g)}) \) değerini yerine koyalım:
  \( -250 \text{ kJ} = \Delta H_f^\circ (\text{Y(g)}) - [-150 \text{ kJ/mol} + 0 \text{ kJ/mol}] \)
• \( -250 = \Delta H_f^\circ (\text{Y(g)}) - (-150) \)
• \( -250 = \Delta H_f^\circ (\text{Y(g)}) + 150 \)
• \( \Delta H_f^\circ (\text{Y(g)}) = -250 - 150 = -400 \text{ kJ/mol} \)

✅ Y gazının standart molar oluşum entalpisi -400 kJ/mol'dür.

Öncelikle tepkimenin standart entalpi değişimini hesaplayarak 1 mol propan yandığında açığa çıkan ısı miktarını bulalım.
\[ \Delta H_{tepki}^\circ = \sum n \Delta H_f^\circ (\text{ürünler}) - \sum m \Delta H_f^\circ (\text{girenler}) \] Unutmayın: \( \text{O}_2\text{(g)} \) bir element olduğu için standart molar oluşum entalpisi sıfırdır (\( \Delta H_f^\circ (\text{O}_2\text{(g)}) = 0 \)).

• 👉 Ürünler:
• 3 mol \( \text{CO}_2\text{(g)} \): \( 3 \times (-393.5 \text{ kJ/mol}) = -1180.5 \text{ kJ} \)
• 4 mol \( \text{H}_2\text{O(s)} \): \( 4 \times (-285.8 \text{ kJ/mol}) = -1143.2 \text{ kJ} \)
• 👉 Girenler:
• 1 mol \( \text{C}_3\text{H}_8\text{(g)} \): \( 1 \times (-103.8 \text{ kJ/mol}) = -103.8 \text{ kJ} \)
• 5 mol \( \text{O}_2\text{(g)} \): \( 5 \times (0 \text{ kJ/mol}) = 0 \text{ kJ} \)

Toplamları hesaplayalım:

• Ürünlerin toplamı: \( (-1180.5) + (-1143.2) = -2323.7 \text{ kJ} \)
• Girenlerin toplamı: \( (-103.8) + 0 = -103.8 \text{ kJ} \)

Şimdi formülü uygulayalım:
\[ \Delta H_{tepki}^\circ = (-2323.7 \text{ kJ}) - (-103.8 \text{ kJ}) \] \[ \Delta H_{tepki}^\circ = -2323.7 + 103.8 \] \[ \Delta H_{tepki}^\circ = -2219.9 \text{ kJ} \] ✅ 1 mol propan gazı yandığında 2219.9 kJ ısı açığa çıkar.

Günlük Hayattaki Önemi:

• 🔥 Bu kadar yüksek miktarda ısı açığa çıkması, propan gazının mükemmel bir yakıt olduğunu gösterir.
• 🏡 Evlerimizde ısıtma sistemlerinde (kombi, soba) ve ocaklarda yemek pişirmek için propan tüpleri veya doğal gaz (büyük oranda metan, ancak propan da içerir) kullanılır.
• 🚐 Karavanlarda ve kamp alanlarında da portatif ısıtıcı ve pişiricilerde propan gazı tercih edilir.
• 💪 Açığa çıkan bu enerji, kimyasal enerjinin ısı enerjisine dönüşümünün en belirgin örneklerinden biridir ve modern yaşamın vazgeçilmez bir parçasıdır.

• 1. Soru için Çözüm: Tepkime entalpisi hesaplama
• Tepkimenin standart entalpi değişimi formülü:
  \[ \Delta H_{tepki}^\circ = \sum n \Delta H_f^\circ (\text{ürünler}) - \sum m \Delta H_f^\circ (\text{girenler}) \]
• Unutmayın: Elementlerin (Fe(k) ve \( \text{O}_2\text{(g)} \)) standart molar oluşum entalpileri sıfırdır.
• 👉 Ürünler:
• 2 mol \( \text{Fe}_2\text{O}_3\text{(k)} \): \( 2 \times (-824.2 \text{ kJ/mol}) = -1648.4 \text{ kJ} \)
• 👉 Girenler:
• 4 mol \( \text{Fe(k)} \): \( 4 \times (0 \text{ kJ/mol}) = 0 \text{ kJ} \)
• 3 mol \( \text{O}_2\text{(g)} \): \( 3 \times (0 \text{ kJ/mol}) = 0 \text{ kJ} \)
• Toplamları ve formülü uygulayalım:
  \[ \Delta H_{tepki}^\circ = (-1648.4 \text{ kJ}) - (0 + 0 \text{ kJ}) \] \[ \Delta H_{tepki}^\circ = -1648.4 \text{ kJ} \]
• ✅ 2 mol \( \text{Fe}_2\text{O}_3\text{(k)} \) oluştuğunda tepkime entalpisi -1648.4 kJ olur. Bu, paslanma olayının ekzotermik olduğunu, yani ısı açığa çıkardığını gösterir.
• 2. Soru için Çözüm: Yavaş gerçekleşme ve günlük hayattaki etkisi
• ⏰ Paslanma tepkimesi, entalpi değişimi negatif (ekzotermik) olmasına rağmen çok yavaş gerçekleşen bir tepkimedir. Bunun nedeni, tepkimenin başlaması için gerekli olan aktivasyon enerjisinin yüksek olmasıdır. Bir tepkimenin ne kadar hızlı gerçekleştiği (kinetik), entalpi değişimi (termodinamik) ile doğrudan ilişkili değildir.
• Paslanma süreci, nemli hava ve suyun varlığında hızlanır, ancak yine de anında gerçekleşmez.
• Günlük hayattaki etkisi:
  
  • 🛠️ Demirden yapılmış köprüler, arabalar, inşaat demirleri gibi birçok yapı ve eşya paslanma nedeniyle zamanla bozulur ve mukavemetini kaybeder. Bu durum ciddi güvenlik riskleri oluşturabilir ve ekonomik kayıplara yol açar.
  • 🛡️ Bu nedenle demir metallerini paslanmadan korumak için boyama, galvanizleme (çinko ile kaplama), yağlama veya alaşım oluşturma (paslanmaz çelik gibi) gibi yöntemler kullanılır. Bu koruma yöntemleri, demirin oksijen ve su ile temasını keserek aktivasyon enerjisi bariyerini aşmasını engeller.

Bu soruyu Hess Yasası'nı kullanarak çözebiliriz. Amacımız, \( \text{SO}_3\text{(g)} \)'nin elementlerinden oluştuğu tepkimeyi elde etmektir:
\[ \text{S(k)} + \frac{3}{2}\text{O}_2\text{(g)} \to \text{SO}_3\text{(g)} \quad (\Delta H_f^\circ (\text{SO}_3\text{(g)})) \] Verilen tepkimeleri bu hedefe ulaşacak şekilde düzenleyelim:

• Adım 1: Birinci tepkimeyi olduğu gibi bırakalım.
• \( \text{S(k)} + \text{O}_2\text{(g)} \to \text{SO}_2\text{(g)} \quad \Delta H_1 = -296.8 \text{ kJ} \)
• Bu tepkime bize \( \text{SO}_2\text{(g)} \)'nin oluşum entalpisini verir, çünkü 1 mol \( \text{SO}_2 \) elementlerinden oluşmuştur. Yani \( \Delta H_f^\circ (\text{SO}_2\text{(g)}) = -296.8 \text{ kJ/mol} \).
• Adım 2: İkinci tepkimeyi 1 mol \( \text{SO}_3 \) elde edecek şekilde düzenleyelim.
• İkinci tepkimede 2 mol \( \text{SO}_3\text{(g)} \) oluştuğu için, tepkimeyi ve entalpisini \( \frac{1}{2} \) ile çarpmamız gerekir.
• \( \frac{1}{2} \times (2\text{SO}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \to 2\text{SO}_3\text{(g)}) \Rightarrow \text{SO}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \to \text{SO}_3\text{(g)} \)
• \( \Delta H_2' = \frac{1}{2} \times (-197.8 \text{ kJ}) = -98.9 \text{ kJ} \)
• Adım 3: Düzenlenmiş tepkimeleri toplayalım.
• Tepkime 1: \( \text{S(k)} + \text{O}_2\text{(g)} \to \text{SO}_2\text{(g)} \quad \Delta H_1 = -296.8 \text{ kJ} \)
• Tepkime 2': \( \text{SO}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \to \text{SO}_3\text{(g)} \quad \Delta H_2' = -98.9 \text{ kJ} \)
• Toplayalım:
  \[ \begin{array}{l} \text{S(k)} + \text{O}_2\text{(g)} \to \text{SO}_2\text{(g)} \\ \text{SO}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \to \text{SO}_3\text{(g)} \\ \text{S(k)} + \text{O}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \to \text{SO}_3\text{(g)} \end{array} \]
• Sadeleştirilmiş hali: \( \text{S(k)} + \frac{3}{2}\text{O}_2\text{(g)} \to \text{SO}_3\text{(g)} \)
• Toplam entalpi değişimi:
  \( \Delta H_{toplam} = \Delta H_1 + \Delta H_2' = (-296.8 \text{ kJ}) + (-98.9 \text{ kJ}) \)
• \( \Delta H_{toplam} = -395.7 \text{ kJ} \)

✅ Elde ettiğimiz son tepkime, 1 mol \( \text{SO}_3\text{(g)} \)'nin elementlerinden oluşum tepkimesi olduğu için, bu tepkimenin entalpi değişimi aynı zamanda \( \text{SO}_3\text{(g)} \)'nin standart molar oluşum entalpisi (\( \Delta H_f^\circ (\text{SO}_3\text{(g)}) \)) değeridir.
Yani, \( \Delta H_f^\circ (\text{SO}_3\text{(g)}) = \textbf{-395.7 kJ/mol} \).

Bir tepkimenin entalpi değişimi, bir bileşiğin molar oluşum entalpisine eşit olabilmesi için, o bileşiğin 1 molünün, elementlerinin standart koşullardaki en kararlı hallerinden oluşması gerekir.

Tepkimeleri tek tek inceleyelim:

• ✅ 1. Tepkime: \( \text{C(grafit)} + \text{O}_2\text{(g)} \to \text{CO}_2\text{(g)} \)
  1 mol \( \text{CO}_2 \) oluşmuş. Girenler karbonun grafit hali ve oksijen gazı olup, her ikisi de standart koşullarda en kararlı element halleridir. Bu tepkimenin entalpisi \( \text{CO}_2\text{(g)} \)'nin molar oluşum entalpisine eşittir.
• ✅ 2. Tepkime: \( \frac{1}{2}\text{H}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{Cl}_2\text{(g)} \to \text{HCl(g)} \)
  1 mol \( \text{HCl} \) oluşmuş. Girenler hidrojen ve klor gazları olup, standart koşullarda en kararlı element halleridir. Bu tepkimenin entalpisi \( \text{HCl(g)} \)'nin molar oluşum entalpisine eşittir.
• ❌ 3. Tepkime: \( \text{N(g)} + 3\text{H(g)} \to \text{NH}_3\text{(g)} \)
  1 mol \( \text{NH}_3 \) oluşmuş, ancak girenler olan \( \text{N(g)} \) ve \( \text{H(g)} \) atomik haldedir. Azotun standart hali \( \text{N}_2\text{(g)} \), hidrojenin standart hali ise \( \text{H}_2\text{(g)} \)'dir. Elementler standart hallerinde olmadığı için bu tepkimenin entalpisi \( \text{NH}_3\text{(g)} \)'nin molar oluşum entalpisine eşit değildir.
• ✅ 4. Tepkime: \( \text{C(grafit)} + 2\text{H}_2\text{(g)} \to \text{CH}_4\text{(g)} \)
  1 mol \( \text{CH}_4 \) oluşmuş. Girenler karbonun grafit hali ve hidrojen gazı olup, standart koşullarda en kararlı element halleridir. Bu tepkimenin entalpisi \( \text{CH}_4\text{(g)} \)'nin molar oluşum entalpisine eşittir.

👉 Bu durumda, 3 numaralı tepkimenin entalpi değişimi molar oluşum entalpisine eşit değildir.