Back to chapter

17.8:

Standart Serbest Enerji Değişimlerinin Hesaplanması

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Calculating Standard Free Energy Changes

Languages

Share

Standart koşul altında meydana gelen bir kimyasal reaksiyon için standart serbest enerji değişimi üç yoldan biriyle hesaplanabilir. İlk yöntem, reaksiyonun standart delta G denklemini kullanır. Kalsiyum oksit ve karbondioksitten kalsiyum karbonat oluşumunu düşünün.Reaksiyonun standart entropi değişimi, reaksiyondaki bileşiklerin oluşum ısısından hesaplanabilir ve standart entropi değişimi, standart molar entropilerinden hesaplanabilir. Referans tablolardan alınan değerler kullanılarak, reaksiyon için standart entalpi değişimi ve standart entropi değişimi belirlenebilir. Bu değerleri standart serbest enerjideki değişim denklemine koyarsak, 298 kelvin’deki reaksiyonun standart delta G’si 130, 7×10³ jul’e eşittir.İkinci yöntemde, bir reaksiyonun standart serbest enerjisindeki değişim, ürünlerin serbest oluşum enerjilerinin stokiyometrik katsayıları ile çarpılan toplamının stokiyometrik katsayıları ile çarpımı arasındaki farktan hesaplanır ve reaktanların serbest oluşum enerjilerinin toplamı stokiyometrik katsayıları ile çarpılır. Örneğin, iki mol hidrojen klorür gazı oluşturmak için hidrojen ve klor gazları arasındaki reaksiyonu ele alalım. Oluşum entalpisi gibi, saf bir elementin standart serbest oluşum enerjisi sıfırdır.Bu nedenle, hidrojen ve klor gazlarının oluşumunun serbest enerjileri sıfır iken, hidrojen klorür gazınınki 95, 3 kilojul’dür. Yani, bu reaksiyonun serbest enerjisi, hidrojen klorür gazının serbest oluşum enerjisinin 2 katına veya 190, 6 kilojul’e eşittir. Hess yasasından, kademeli bir reaksiyon için, net entalpi değişiminin her adımın entalpilerinin toplamından hesaplanabileceğini hatırlayın.Üçüncü yöntem, benzer bir şekilde bir reaksiyon için net serbest enerji değişimini hesaplar. Bilinen standart serbest enerjilerle iki aşamada gerçekleştirilebilen metalik çinko ve kükürt dioksit gazı üretmek için çinko sülfidin yanmasını düşünün. Reaksiyonların serbest enerji değişikliklerini eklemek, genel bir delta G 98, 8 kilojul verir.Adım 1’in spontan olmadığını unutmayın. Adım 2’deki spontan reaksiyon ile birleştirildiğinde, net reaksiyon negatif bir delta G’ye sahiptir ve bu nedenle spontan olur.

17.8:

Standart Serbest Enerji Değişimlerinin Hesaplanması

1 bar basınçlık ve 298 K’lik standart koşullarda meydana gelen bir reaksiyon için serbest enerji değişimine standart serbest enerji değişimi denir. Serbest enerji bir durum fonksiyonu olduğundan, değeri yalnızca sistemin ilk ve son durumlarının koşullarına bağlıdır. Fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar için serbest enerji değişimlerinin hesaplanmasına uygun ve yaygın bir yaklaşım, standart durum termodinamik verilerinin elverişli derlenmelerinin kullanımıyla gerçekleştirilir. Bir metot, aşağıdaki ilişkiye göre standart serbest enerji değişimlerini ΔG° hesaplamak için standart entalpilerin ve entropilerin kullanılmasını içerir.

Eq1

Bir reaksiyon için standart serbest enerji değişimi, reaksiyona katılan reaktanların ve ürünlerin standart serbest oluşum enerjisi ΔGf° değerlerinden de hesaplanabilir. Standart serbest oluşum enerjisi, bir maddenin bir molünün standart hallerindeki elementlerinden oluşumuna eşlik eden serbest enerji değişimidir. Standart oluşum entalpisine benzer şekilde, ΔGf°, standart durum koşulları altında elemental maddeler için tanım gereği sıfırdır. Reaksiyon için

Eq2

oda sıcaklığında standart serbest enerji değişimi şu şekilde hesaplanabilir

Eq3

Yukarıda tarif edildiği gibi reaksiyonların serbest enerji değişimlerini hesaplamak için serbest oluşum enerjilerinin kullanılması mümkündür, çünkü ΔG bir durum fonksiyonudur ve yaklaşım, entalpi değişikliklerinin hesaplanmasında Hess Yasasının kullanımına benzerdir. Örnek olarak suyun buharlaşmasını düşünün:

Eq4

Bu işlemi temsil eden bir denklem, suyun iki fazı için oluşum reaksiyonları eklenerek türetilebilir (sıvı faz için reaksiyonun tersine çevrilmesi gerekir). Toplam reaksiyon için serbest enerji değişimi, eklenen iki reaksiyon için serbest enerji değişikliklerinin toplamıdır:

Eq5

Bu yaklaşım, spontan olmayan bir reaksiyonun spontan bir reaksiyona bağlanmasıyla etkinleştirildiği durumlarda da kullanılabilir. Örneğin, çinko sülfitten elementel çinko üretimi, ΔG°1 için pozitif bir değerle belirtildiği gibi termodinamik olarak elverişsizdir:

Eq6

Sülfidik cevherlerden çinko üretimi için endüstriyel işlem, bu ayrışma reaksiyonunun kükürtün termodinamik olarak uygun oksidasyonuna bağlanmasını içerir:

Eq7

Birleştirilmiş reaksiyon, negatif bir serbest enerji değişimi sergiler ve spontandır:

Eq8

Bu işlem tipik olarak yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilir, bu nedenle standart serbest enerji değerleri kullanılarak elde edilen bu sonuç sadece bir tahmindir. Bununla birlikte, hesaplamanın özü doğrudur.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Chapter 16.4: Free Energy.