Şifre Sıfırlama

Entropi, İstemlilik ve Gibbs Serbest Enerjisi

Entropi düzensizliği tanımlamak için kullanılır. Entropi ölçümü de diğer hal fonksiyonlarındaki olduğu gibi sadece deneysel yöntemlerle ölçülebilir. Entropi, kullanılamayan termal enerjinin bir ölçüsü olarak kabul edilir. Kullanılamayan termal enerji ise işe dönüşmeyen ısı enerjisi olarak adlandırılır. Entropi bir sistemin düzensizliği ve gelişi güzelliğinin bir ölçüsü olarak da tanımlanabilir.

Entropi maddeyi oluşturan moleküller arasındaki düzensizlikle ilgilidir. Moleküller arasındaki düzensizlik ise hal değişimlerini simgeleyebilir. Yani herhangi bir maddenin katısı sıvısı ve gazı arasındaki entropi miktarını ölçmek istersek; “gaz entropisi > sıvı entropisi > katı entropisi” şeklinde bir sıralama yapabiliriz.

Entropi Çeşitleri

Entropi S sembolü ile gösterilir. Birimi j.K-1.mol-1 dür. Entropideki değişim ΔS ile gösterilir. Bir sistemin entropisinin artması yani düzensizliğinin artması taneciklerin daha özgür olmasına neden olur bu nedenle çevreye enerji verme eğilimleri artar.

A) Mutlak Entropi

Termodinamiğin 3. kanunu bize; ”Mutlak sıfır noktasında bütün saf maddelerin (element ve bileşiklerin) kristalleri sıfır entropiye sahiptir” der.
Bu kanuna göre sadece sıcaklık mutlak sıfıra yaklaşırken saf olmayan kristaller, hatalı kristaller, katı çözeltiler ve cam için mutlak entropi sıfır olamaz.

Mutlak sıfır noktasındaki maddenin hiç enerjisi kalmayacağı için mükemmel kristal olarak adlandırılan ve her türlü titreşim hareketlerinin durduğu durumda bulunur.

B) Standart Entropi

1 mol maddenin oda sıcaklığında (25 santigrat derece) ve 1 atm basınç altındaki entropi değerlerine standart entropi denilir. Entropi miktarındaki değişim aynı standart entalpi değişimi yönteminde olduğu gibi;

\(\Delta S° = \sum \Delta S°_\text{(ürünler)} – \sum \Delta S°_\text{(girenler)}\)

şeklinde hesaplanır.

İstemlilik

İstemlilik, bir durumun kendiliğinden gerçekleşme durumudur. Eğer durum bulunduğu çevre şartlarında kendiliğinden gerçekleşiyorsa olay istemli kendiliğinden gerçekleşmiyorsa istemsiz bir olaydır. Örneğin şelalelerdeki suyun denize doğru akışı kendiliğinden olan istemli bir olaydır.

Termodinamik açısından istemli olayın tanımında, belirtilen koşullarda (örneğin 25 °C ve 1 atm veya 0 °C 1 atm gibi) kendiliğinden meydana gelebilen tepkimelere istemli, kendiliğinden meydana gelemeyen tepkimelere ise istemsiz değişimler denir.

Buna benzer şekilde yanma tepkimeleri de kendiliğinden olan tepkimelerdir. Başladıktan sonra kendiliğinden devam eder yani istemlidir.

Entropi ile İstemlilik İlişkisi

Termodinamikte istemli olaylarda kullanılamayan termal enerjinin genelde arttığı ve bu enerjinin sistemin entropisini ifade ettiği söylenebilir. Standart entropi değişimi aşağıdaki eşitlikle hesaplanabilmektedir.

\(\Delta S°_\text{tepkime} = \sum S°_\text{ürünler} – \sum S°_\text{girenler}\)

Bu eşitlik tepkimedeki entropi değişmini hesaplamaya yararken evrendeki entropi değişimini hesaplayamamaktadır. Evrendeki entropi değişimi,

\(\Delta S°_\text{evren} = \Delta S°_\text{sistem} – \Delta H_\text{sistem}/T\)

şeklinde hesaplanmaktadır.

Termodinamiğin II. Kanunu

Termodinamiğin 2. kanunu istemlilik ve entropi arasındaki ilişkiye açıklık getirmeye çalışır. Termodinamiğin II. Kanunu şu şekilde ifade edilir :

”Her istemli olayda evrenin toplam entropisi artar ve evren zaman geçtikçe bir denge haline yaklaşır.“

Evrendeki toplam entropi değişimi, sistemin ve ortamın entropi değişimlerinin toplamına eşittir.

\(\Delta S_\text{toplam} = \Delta S_\text{sis} + \Delta S_\text{ort}\)

\(\Delta S_\text{top} > 0\) ise değişim istemlidir. (Olay kendiliğinden gerçekleşir.)

\(\Delta S_\text{top} = 0\) ise sistem dengededir.

\(\Delta S_\text{top} < 0\) ise değişim istemsizdir. (Olay kendiliğinden gerçekleşmez.)

Gibbs Serbest Enerjisi

Termodinamiğin II. Kanununda verilen ΔStoplam = ΔSsis + ΔSort eşitliğinde, sistem ve ortamın entropilerindeki değişimi bilmemiz mümkün olamayacağı için başka bir termodinamik fonksiyona ihtiyaç duyarız. Bu fonksiyon Gibbs Serbest Enerji olarak adlandırılır. Gibbs serbest enerjisi “G” ile sembolize edilir. Gibbs Serbest Enerjisi (G) olarak aşağıdaki eşitlik şeklinde ifade edilebilir.

\(\Delta G = \Delta H_\text{sis} – T. \Delta S_\text{sis}\)

Gibbs serbest enerjisini başka bir şekilde tanımlamak istersek ” iş yapmaya hazır serbest enerji” olarak ifade edebiliriz.

  • ΔG < 0 ise olay kendiliğinden gerçekleşir, yani istemlidir. Bunun anlaşılması için toplam entropi değişiminin bilinmesine de gerek yoktur; sadece entalpi değişiminin işaretinin bilinmesi yeterlidir (yapılan deneysel çalışmalarda ekzotermik olaylarda entalpi değişiminin çok daha büyük olduğu gözlemlenmiştir, kısacası entalpinin negatif geldiği bir durumda bu negatifliği pozitife çevirecek bir entropi değişimi bulunmamaktadır.)
  • ΔG = 0 ise sistem dengededir. Yani tersinirdir.
  • ΔG > 0 ise olay istemsizdir.

Gibbs serbest enerjisi, değişimlerin istemliliğini etkileyen iki faktörü birleştirir. Bunlardan birincisi minimum enerjili olma durumu, diğeri ise maksimum düzensizlik eğilimi dolayısıyla entropideki artıştır.

Standart Serbest Enerji Değişimi 

Bir bileşiğin elementlerinden standart koşullarda oluşmasına ait tepkime serbest enerjisine, oluşan bileşiğin standart oluşum serbest enerjisi adı verilir. Bu tanımdan yola çıkarak elementlerin standart oluşum serbest enerjisinin sıfır olduğunu çıkartabiliriz.

\(\Delta G°_\text{tep} = \sum n. \Delta G°_\text{ürünler} – \sum m. \Delta G°_\text{girenler}\)

şeklinde hesaplanır. Formüldeki n ve m stokiyometrik katsayılardır (denkleştirilmiş tepkime denkleminde moleküllerin önündeki katsayıdır.)

Şerif PAÇACI

Sosyal Medyada Paylaş

15 Görüntülenme

Eklenme Tarihi: 01.07.2021 16:57
Son Güncelleme: .. :

0 Yorum

İPTAL
Bu işlemi gerçekleştirebilmek için giriş yapmanız gerekmektedir!