6.6: Entalpi

Kimyagerler, kimyasal ve fiziksel süreçlerin termodinamiğini tanımlamak için genellikle entalpi (H) olarak bilinen bir özelliği kullanırlar. Entalpi, bir sistemin iç enerjisinin (E) toplamı ve basıncının (P) ve hacminin (V) matematiksel çarpımı olarak tanımlanır:

Entalpi bir durum fonksiyonudur. Belirli maddeler için entalpi değerleri doğrudan ölçülemez; yalnızca kimyasal veya fiziksel işlemler için entalpi değişiklikleri belirlenebilir. Sabit basınçta gerçekleşen işlemler için (birçok kimyasal ve fiziksel değişiklik için ortak bir durum), entalpi değişimi (ΔH):

The Matematiksel ürün PΔV, işi (w), yani genleşme veya basınç-hacim işini temsil eder. Tanımlarına göre, ΔV ve w'nin aritmetik işaretleri her zaman zıt olacaktır:

Bu denklemi ve sabit basınçtaki (ΔE = q_p + w) iç enerjinin tanımını entalpi değişim denklemine koyarsak:

q_p, sabit basınç koşulları altında reaksiyonun ısısıdır. 

Ve böylece, kimyasal veya fiziksel bir işlem, genleşme veya daralmanın neden olduğu tek işle (P-V işi), sabit basınçta gerçekleştirilirse, işlem için ısı akışı (q_p) ve entalpi değişimi (ΔH) eşittir.

Bir Bunsen brülörü çalıştırılırken açığa çıkan ısı, atmosferin temelde sabit basıncında meydana geldiği için meydana gelen metan yanma reaksiyonunun entalpi değişimine eşittir. Kimyagerler genellikle normal atmosferik koşullar altında, q_p = ΔH ile sabit dış basınçta deneyler yaparlar, bu da entalpi'yi kimyasal reaksiyonlar için ısı değişikliklerini belirlemek için en uygun seçenek yapar.

Entalpi değişiminin negatif bir değeri, ΔH < 0, bir ekzotermik reaksiyonu gösterir (çevreye verilen ısı); pozitif bir değer, ΔH > 0, endotermik reaksiyonu gösterir (çevreden absorblanan ısı). Bir kimyasal denklemin yönü tersine çevrilirse, ΔH'sinin aritmetik işareti değiştirilir (bir yönde endotermik olan bir süreç, ters yönde ekzotermiktir).

Kavramsal olarak, ΔE (bir ısı ve iş ölçüsü) ve ΔH (sabit basınçta ısının bir ölçüsü) her ikisi de sistem için bir durum fonksiyonundaki değişiklikleri temsil eder. Hacim değişikliğinin, ΔV'nin küçük olduğu (buzun erimesi) ve ΔE ve ΔH 'nin aynı olduğu süreçlerde. Bununla birlikte, hacim değişikliği önemliyse (suyun buharlaşması), iş olarak aktarılan enerji miktarı önemli olacaktır; bu nedenle ΔE ve ΔH önemli ölçüde farklı değerlere sahiptir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.

Bazı kimyasal reaksiyonlar, muazzam bir ısı yayar ve çevre üzerinde iş yapar. Buna örnek olarak bir uzay mekiğinin yerden kalkmasına neden olan roket yakıtının yanmasını düşünebiliriz. Termodinamiğin birinci yasasında verildiği gibi ısı, q ve işin toplamı, w, iç enerjideki değişimdir, ΔE.Atmosferik basınçta meydana gelen gazları içeren kimyasal reaksiyonlar için, yapılan iş hacim değişiklikleri ile ilişkili mekanik iştir.

Bu nedenle iş, basıncın negatif değeri çarpı hacimdeki değişikliğe eşittir. Termodinamiğin birinci yasasında w değerini vermek ve denklemdeki terimleri yeniden düzenlemek, q'nun ΔE artı P çarpı ΔV olduğunu gösterir ve sabit basınç altında ısı akışını ifade eder. Yiyecekleri pişirmek için odun yakılması gibi diğer kimyasal reaksiyonlarda, çevrede yapılan genleşme işinin miktarını ölçmekten ziyade pişirmeyi kolaylaştırmak için verilen ısıyı ölçmek daha anlamlıdır.

İç enerji hem ısıyı hem de işi hesaba kattığından, ΔE sabit basınç koşulları için kullanılmaz. Isı formundaki enerji akışını irdeleyen yeni bir termodinamik fonksiyonu tanımlanmıştır. Entalpi, H, iç enerji, E ve basınç-hacim işi P-V'nin toplamına eşittir.

Enerji, basınç ve hacim durum fonksiyonları olduğundan, entalpi de bir durum fonksiyonudur. Belirli maddeler için mutlak entalpi değerleri ölçülemez. Yalnızca entalpi değişimi belirlenebilir.

Entalpi değişimi, ΔH, iç enerjideki değişime eşittir, ΔE eşittir artı P çarpı ΔV.Enerjideki değişimin ısı ve basınç-hacim işinin toplamı olduğunu hatırlayarak denklemler, sabit basınç koşulları altında ΔH'nin sistem tarafından kazanılan veya kaybedilen ısıya, q'ya eşit olduğunu gösterecek şekilde birleştirilebilir. Sistem, odunun yakılmasında olduğu gibi ısı şeklinde çevreye enerji kaybederse, ortamın sıcaklığı yükselir. Bu, q için bir negatif işaret kuralıyla açıklanır.

Sonuç olarak, ΔH negatif olur ve süreç ekzotermik olarak tanımlanır. Aksine, sistem çevreden ısı şeklinde enerji alırsa, çevrenin sıcaklığı düşer. Bu durumda ısı, pozitif işaret kuralı ile tanımlanır.

Bu, ΔH'yi pozitif yapar ve olaya endotermik denir.

Enthalpy (H) – A measure of total heat content in a system, including internal energy and pressure-volume work. Enthalpy change (ΔH) – The heat exchanged in a process at constant pressure; positive for endothermic, negative for exothermic. Exothermic reaction – A reaction that releases heat to the surroundings; ΔH is negative. Endothermic reaction – A reaction that absorbs heat from the surroundings; ΔH is positive. State function – A property like enthalpy or energy that depends only on the system’s current state, not its path.

Define Electron Configuration – Apply principles to determine electron positions in orbitals (e.g., Aufbau) Analyze Subshell Order – Identify orbital filling sequences based on energy levels (e.g., 4s) Identify Configuration Exceptions – Explain deviations in electron filling for stability (e.g., Cr) Explain Mechanism or Process – Describe how shielding, penetration, and repulsion affect orbital energy Apply in Context – Use configurations to interpret periodic table group behaviors and atomic properties

What is enthalpy and how is it used to measure heat in chemical reactions? How does enthalpy change indicate if a reaction is exothermic or endothermic? Why is enthalpy considered a state function in thermodynamics?

Students – Learn effective strategies for studying and memorizing complex lists Educators – Teach memory techniques with concrete and engaging examples Researchers – Explore cognitive tools used in learning and memory enhancement Science Enthusiasts – Discover fun, structured ways to remember scientific facts