Bir kimyasal tepkimenin standart koşullarda ($25\text{ }^\circ\text{C}$ sıcaklık ve $1\text{ atm}$ basınç) gerçekleşmesi sırasında sistem ile çevre arasında alınıp verilen ısı miktarına standart tepkime entalpisi denir ve $\Delta H^\circ$ sembolüyle gösterilir.

1. Standart Tepkime Entalpisinin Hesaplanması

Standart tepkime entalpisi, ürünlerin standart oluşum entalpileri toplamından girenlerin standart oluşum entalpileri toplamı çıkarılarak bulunur:

• $n$ ve $m$: Tepkime denklemindeki denkleştirilmiş katsayılardır.

• $\Delta H_f^\circ$: Maddelerin standart molar oluşum entalpileridir ($\text{kJ/mol}$).

• Kritik Kural: Standart şartlarda en kararlı hâldeki saf elementlerin ($\text{O}_{2(g)}$, $\text{N}_{2(g)}$, $\text{Fe}_{(k)}$, $\text{C}_{(\text{grafit})}$ vb.) $\Delta H_f^\circ$ değerleri sıfırdır ($0$).

2. Standart Tepkime Entalpisi Türleri

Tepkimenin türüne göre $\Delta H^\circ$ özel isimler alır:

• Standart Yanma Entalpisi: $1\text{ mol}$ maddenin standart şartlarda $\text{O}_2$ ile tamamen yanması sırasındaki entalpi değişimidir (Azot gazı hariç tüm yanmalar ekzotermiktir, $\Delta H < 0$).

• Standart Nötralleşme Entalpisi: Asit ve bazın tepkimesi sonucu $1\text{ mol } \text{H}_2\text{O}$ oluştuğu andaki entalpi değişimidir (Daima ekzotermiktir, $\Delta H < 0$).

• Standart Çözünme Entalpisi: $1\text{ mol}$ maddenin çözücü içerisinde çözünmesi sırasındaki ısı değişimidir (Katıların çözünmesi genelde endotermik, gazlarınki daima ekzotermiktir).

• Standart Ayrışma (Analiz) Entalpisi: $1\text{ mol}$ bileşiğin kendisini oluşturan daha basit maddelere ayrışmasıdır (Genellikle endotermiktir, $\Delta H > 0$).

3. Tepkime Entalpisi ile Aktifleşme Enerjisi İlişkisi

Bir kimyasal tepkimenin entalpisi, ileri aktifleşme enerjisi ($E_{ai}$) ile geri aktifleşme enerjisi ($E_{ag}$) arasındaki farktan da hesaplanabilir:

• $E_{ai} > E_{ag} \implies \Delta H > 0$ (Endotermik tepkime)

• $E_{ai} < E_{ag} \implies \Delta H < 0$ (Ekzotermik tepkime)

• Aktifleşmiş Kompleksin Enerjisi ($E_{AK}$): Tepkimenin ulaştığı tepe noktasıdır. $E_{ai} = E_{AK} – H_{\text{girenler}}$ ve $E_{ag} = E_{AK} – H_{\text{ürünler}}$ bağıntıları geçerlidir.

4. $\Delta H$ Değerini Etkileyen Faktörler

• Madde Miktarı: Entalpi kapasitif (madde miktarına bağlı) bir özelliktir. Katsayılar 2 ile çarpılırsa $\Delta H$ da 2 ile çarpılır.

• Maddelerin Fiziksel Hâli: Maddelerin potansiyel enerjisi $\text{Gaz} > \text{Sıvı} > \text{Katı}$ şeklindedir. Tepkimede yer alan maddelerin hâli değiştikçe $\Delta H$ değeri de değişir.

• Sıcaklık ve Basınç: Entalpi standart şartlar ($25\text{ }^\circ\text{C}$, $1\text{ atm}$) dışında farklı değerler alır.

• Katalizör: $\Delta H$ değerini kesinlikle değiştirmez. Katalizör $E_{ai}$ ve $E_{ag}$ değerlerini eşit miktarda düşürür; aralarındaki fark ($\Delta H$) sabit kalır.

Çözümlü Sorular

Soru 1: Oluşum Entalpilerinden Tepkime Entalpisi Bulma

Standart koşullarda gerçekleşen;

tepkimesi için standart oluşum entalpileri verilmiştir:

• $\Delta H_f^\circ[\text{C}_2\text{H}_{4(g)}] = +52 \text{ kJ/mol}$

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

Buna göre, tepkimenin standart entalpi değişimi ($\Delta H^\circ$) kaç $\text{kJ}$‘dir?

Çözüm:

1. $\text{H}_{2(g)}$ standart şartlarda kararlı bir element olduğundan $\Delta H_f^\circ[\text{H}_{2(g)}] = 0\text{ kJ/mol}$‘dür.

2. Bağıntıyı uygulayalım:

   $$\Delta H^\circ = \sum \Delta H_f^\circ(\text{ürünler}) – \sum \Delta H_f^\circ(\text{girenler})$$
   $$\Delta H^\circ = [\Delta H_f^\circ(\text{C}_2\text{H}_6)] – [\Delta H_f^\circ(\text{C}_2\text{H}_4) + \Delta H_f^\circ(\text{H}_2)]$$
   $$\Delta H^\circ = [-85] – [+52 + 0] = -85 – 52 = \mathbf{-137 \text{ kJ}}$$

   (Tepkime ekzotermiktir; $1\text{ mol } \text{C}_2\text{H}_4$ harcandığında $137\text{ kJ}$ ısı açığa çıkar.)

Soru 2: Aktifleşme Enerjisi ve Entalpi İlişkisi

Gaz fazındaki bir tepkimeye ait değerler şöyledir:

• İleri aktifleşme enerjisi ($E_{ai}$) = $68 \text{ kJ}$

• Geri aktifleşme enerjisi ($E_{ag}$) = $142 \text{ kJ}$

• Girenlerin potansiyel enerjisi = $45 \text{ kJ}$

Buna göre;

a) Tepkimenin entalpi değişimi ($\Delta H$) kaç $\text{kJ}$‘dir?

b) Tepkime endotermik midir, ekzotermik midir?

c) Ürünlerin potansiyel enerjisi kaç $\text{kJ}$‘dir?

Çözüm:

• a) $\Delta H = E_{ai} – E_{ag} = 68 – 142 = \mathbf{-74 \text{ kJ}}$

• b) $\Delta H < 0$ olduğundan tepkime ekzotermiktir.

• c) $\Delta H = H_{\text{ürünler}} – H_{\text{girenler}}$

  $$-74 = H_{\text{ürünler}} – 45$$
  $$H_{\text{ürünler}} = -74 + 45 = \mathbf{-29 \text{ kJ}}$$