Bir kimyasal bileşiğin sıfırdan meydana gelmesi sırasındaki enerji değişimini incelemek için bir referans noktasına ihtiyaç duyulur. Kimyada bu referans noktası standart oluşum entalpisi ile tanımlanır.

1. Temel Tanımlar ve Koşullar

• Standart Koşullar: $25 \text{ }^\circ\text{C}$ ($298 \text{ K}$) sıcaklık ve $1 \text{ atm}$ basınç koşullarıdır (Oda şartları). Üzerindeki derece sembolü ($^\circ$) bu koşulları belirtir.

• Standart Molar Oluşum Entalpisi ($\Delta H_f^\circ$): Standart koşullarda $1 \text{ mol}$ bileşiğin, kendisini oluşturan en kararlı hâldeki elementlerinden meydana gelmesi sırasındaki entalpi değişimidir. (“$f$” harfi İngilizce formation kelimesinden gelir.)

2. Oluşum Entalpisinin 3 Altın Kuralı

Bir tepkimenin $\Delta H$ değerinin, oluşan bileşiğin standart molar oluşum entalpisine eşit olabilmesi için şu 3 şartın aynı anda sağlanması zorunludur:

1. Ürün tek bir bileşik olmalı ve katsayısı kesinlikle 1 olmalıdır ($1 \text{ mol}$).

   • $\text{N}_{2(g)} + 3\text{H}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NH}_{3(g)} \quad \Delta H = -92 \text{ kJ}$

   • Buradaki $\Delta H$, $\text{NH}_3$‘ün molar oluşum entalpisi değildir! Çünkü $2 \text{ mol}$ oluşmuştur. Molar oluşum entalpisi $\frac{-92}{2} = -46 \text{ kJ/mol}$ olur.

2. Girenlerin tamamı serbest element olmalıdır (Bileşik giremez).

   • $\text{CO}_{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}$

   • Buradaki $\Delta H$, $\text{CO}_2$‘nin oluşum entalpisi değildir! Çünkü girenlerde $\text{CO}$ bir bileşiktir. (Bu tepkime $\text{CO}$ gazının yanma entalpisidir.)

3. Giren elementler, $25 \text{ }^\circ\text{C}$ ve $1 \text{ atm}$‘de en kararlı fiziksel hâllerinde ve allotroplarında olmalıdır.

3. Elementlerin Standart Oluşum Isıları

Kritik Kural: Elementlerin standart şartlarda ($25 \text{ }^\circ\text{C}$, $1 \text{ atm}$) en kararlı doğal hâllerinin oluşum entalpisi sıfır ($0$) kabul edilir.

4. Standart Tepkime Entalpisinin Hesaplanması

Bir kimyasal tepkimenin entalpi değişimi ($\Delta H^\circ$), ürünlerin standart oluşum entalpileri toplamından girenlerin standart oluşum entalpileri toplamı çıkarılarak bulunur:

(Formülde yer alan $n$ ve $m$ değerleri denkleştirilmiş tepkimedeki maddelerin katsayılarıdır.)

Adım Adım Çözümlü Sorular

Soru 1: Tepkime Türünü Yorumlama

Aşağıdaki tepkimelerden hangisinin $\Delta H$ değeri, oluşan bileşiğin standart molar oluşum entalpisine eşittir?

A) $\text{C}_{\text{(elmas)}} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}$

B) $2\text{Fe}_{(k)} + \frac{3}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_{3(k)}$

C) $\text{H}_{2(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}_{(s)}$

D) $\text{CO}_{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}$

E) $\text{H}^+_{(suda)} + \text{OH}^-_{(suda)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}_{(s)}$

Çözüm:

• A şıkkı: Girenlerde karbonun kararlı allotropu olan grafit yerine elmas kullanılmıştır. Oluşum ısısına eşit olamaz.

• B şıkkı: Girenler kararlı elementtir ($1 \text{ mol}$ $\text{Fe}_2\text{O}_3$ oluşmuştur). Bu tepkimenin $\Delta H$‘ı $\text{Fe}_2\text{O}_3$‘ün molar oluşum entalpisine eşittir.

• C şıkkı: Girenler kararlı elementtir ve $1 \text{ mol}$ sıvı su oluşmuştur. Bu da $\text{H}_2\text{O}_{(s)}$‘nın standart molar oluşum entalpisine eşittir. (Soruda B ve C seçeneklerinin her ikisi de standart oluşum entalpisi kuralına uymaktadır; C seçeneği suyun standart sıvı hâlini temsil eder).

• D şıkkı: $\text{CO}$ element değil, bileşiktir.

• E şıkkı: Girenler serbest element değil, iyonlardır.

Soru 2: Sayısal Hesaplama ve Isı Açığa Çıkışı

Aşağıda bazı bileşiklerin standart oluşum entalpileri verilmiştir:

• $\Delta H_f^\circ[\text{C}_2\text{H}_{6(g)}] = -85 \text{ kJ/mol}$

• $\Delta H_f^\circ[\text{CO}_{2(g)}] = -394 \text{ kJ/mol}$

• $\Delta H_f^\circ[\text{H}_2\text{O}_{(s)}] = -286 \text{ kJ/mol}$

Buna göre, $6 \text{ gram}$ $\text{C}_2\text{H}_6$ gazı standart şartlarda tamamen yakıldığında kaç $\text{kJ}$ ısı açığa çıkar?

$(\text{C} = 12, \text{ H} = 1)$

Çözüm:

1. Yanma denklemini yazıp denkleştirelim:

   $$\text{C}_2\text{H}_{6(g)} + \frac{7}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{2(g)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(s)}$$

   ($\text{O}_{2(g)}$ kararlı element olduğundan $\Delta H_f^\circ = 0$‘dır.)

2. Tepkimenin $\Delta H^\circ$ değerini hesaplayalım:

   $$\Delta H^\circ = [2 \cdot \Delta H_f^\circ(\text{CO}_2) + 3 \cdot \Delta H_f^\circ(\text{H}_2\text{O})] – [\Delta H_f^\circ(\text{C}_2\text{H}_6)]$$
   $$\Delta H^\circ = [2 \cdot (-394) + 3 \cdot (-286)] – [-85]$$
   $$\Delta H^\circ = [-788 – 858] + 85 = -1646 + 85 = -1561 \text{ kJ}$$

   ($1 \text{ mol}$ $\text{C}_2\text{H}_6$ yandığında $1561 \text{ kJ}$ ısı açığa çıkar.)

3. Miktar hesabı yapalım:

   $$M_A(\text{C}_2\text{H}_6) = (2 \times 12) + (6 \times 1) = 30 \text{ g/mol}$$
   $$n = \frac{m}{M_A} = \frac{6}{30} = 0{,}2 \text{ mol}$$

4. Açığa çıkan ısı:

   $$1 \text{ mol } \text{C}_2\text{H}_6 \text{ yandığında } 1561 \text{ kJ ısı açığa çıkarsa,}$$
   $$0{,}2 \text{ mol } \text{C}_2\text{H}_6 \text{ yandığında } X \text{ kJ ısı açığa çıkar.}$$
   $$X = 0{,}2 \times 1561 = \mathbf{312{,}2 \text{ kJ}}$$