Hess Yasası

Hess yasası, bilinen entalpi değişimlerine sahip başka tepkimeleri toplayarak bir tepkimenin entalpi değişiminin nasıl bulunacağını açıklar. Bu yasa, toplam $\Delta H$ değerinin izlenen yola değil, başlangıç ve son duruma bağlı olması nedeniyle geçerlidir.

Kısaca: kimyasal denklemler hedef tepkimeyi verecek şekilde toplanıyorsa, onların entalpi değişimleri de toplanır. Bu yalnızca denklemler aynı maddeleri, aynı fiziksel hâllerde ve aynı koşullar altında tanımlıyorsa geçerlidir.

Hess yasasının kimyadaki anlamı

Aynı kimyasal sistemi, bir grup girenden bir grup ürüne iki farklı yoldan götürdüğünüzü düşünün. Başlangıç ve son durumlar aynıysa, toplam entalpi değişimi de aynı olur.

Hess yasasının termokimyada yararlı olmasının nedeni budur. Bazı tepkime entalpilerini doğrudan ölçmek zordur, ancak aynı toplam değişim çoğu zaman $\Delta H$ değerleri zaten bilinen tepkimelerden oluşturulabilir.

Bu fikir genellikle şöyle yazılır:

$$\Delta H_{overall} = \Delta H_1 + \Delta H_2 + \Delta H_3 + \cdots$$

Bu ifade yalnızca düzenlenmiş denklemler gerçekten birleşip hedef tepkimeyi veriyorsa geçerlidir.

Hess yasasıyla $\Delta H$ nasıl hesaplanır

Şu sırayı izleyin:

1. Hedef tepkimeyi tam olarak yazın.
2. Onu oluşturacak şekilde yeniden düzenlenebilecek bilinen tepkimeleri seçin.
3. Gerekirse herhangi bir tepkimeyi ters çevirin ve $\Delta H$ işaretini değiştirin.
4. Gerekirse herhangi bir tepkimeyi bir katsayıyla çarpın ve $\Delta H$ değerini de aynı katsayıyla çarpın.
5. Denklemleri toplayın ve her iki tarafta görünen türleri sadeleştirin.

Denklemler üzerindeki cebir ile $\Delta H$ üzerindeki cebir birbiriyle uyumlu kalmalıdır. Birini değiştirirseniz, diğerini de aynı şekilde değiştirmelisiniz.

Çözümlü örnek: $CO_2$ oluşumu için $\Delta H$ bulma

Diyelim ki şu tepkimenin entalpi değişimini istiyorsunuz:

$$C(graphite) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g)$$

ve şu iki tepkimeyi biliyorsunuz:

$$C(graphite) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow CO(g) \qquad \Delta H = -110.5\ \mathrm{kJ/mol}$$ $$CO(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \qquad \Delta H = -283.0\ \mathrm{kJ/mol}$$

Şimdi bunları toplayın:

$$\begin{aligned} C(graphite) + \frac{1}{2}O_2(g) &\rightarrow CO(g) \\ CO(g) + \frac{1}{2}O_2(g) &\rightarrow CO_2(g) \end{aligned}$$

$CO(g)$ her iki tarafta da göründüğü için sadeleşir. İki $\frac{1}{2}O_2(g)$ terimi birleşerek $O_2(g)$ verir, böylece toplam tepkime şu olur:

$$C(graphite) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g)$$

Ardından entalpi değişimlerini toplayın:

$$\Delta H = -110.5\ \mathrm{kJ/mol} + (-283.0\ \mathrm{kJ/mol}) = -393.5\ \mathrm{kJ/mol}$$

Dolayısıyla grafit ve oksijenden $CO_2(g)$ oluşumu için entalpi değişimi şöyledir:

$$\Delta H = -393.5\ \mathrm{kJ/mol}$$

Bu, Hess yasasının temel örüntüsüdür. Her seferinde yeni bir formüle ihtiyacınız yoktur. Hedef tepkimeyi verecek şekilde birleşen denklemlere, ayrıca dikkatli işaret değişimlerine ve sadeleştirmeye ihtiyacınız vardır.

Entalpi neden bu şekilde toplanabilir

Hess yasası, entalpinin bir durum fonksiyonu olması nedeniyle çalışır. Durum fonksiyonu, sistemin o duruma nasıl geldiğine değil, durumun kendisine bağlıdır.

Bu, yola bağlı bir nicelikle arasındaki temel farktır. İki yol aynı durumlarda başlayıp bitiyorsa, toplam entalpi değişimleri aynı olmak zorundadır. Aksi hâlde tutarsız enerji döngüleri oluşturabilirdiniz.

Hess yasasında sık yapılan hatalar

Bir tepkime ters çevrildiğinde işareti değiştirmeyi unutmak

Bir kimyasal denklemi ters çevirirseniz, karşılık gelen $\Delta H$ işaret değiştirmelidir. Ters çevrilmiş ekzotermik bir basamak endotermik olur ve tersi de geçerlidir.

$\Delta H$ değerini ölçeklendirmeyi unutmak

Bir tepkimeyi $2$ ile çarpıyorsanız, $\Delta H$ değerini de $2$ ile çarpmalısınız. Entalpi değişimi, yazılan tepkime miktarıyla orantılıdır.

Yanlış türleri sadeleştirmek

Bir türü yalnızca denklemler düzenlendikten sonra karşıt taraflarda görünüyorsa sadeleştirin. İki denklemde de aynı tarafta görünüyorsa sadeleşmez.

Fiziksel hâlleri göz ardı etmek

Termokimyada hâller önemlidir. $H_2O(l)$ ile $H_2O(g)$ birbirinin yerine kullanılamaz; yanlış hâli kullanmak yanlış hedef tepkimeye ve yanlış entalpiye yol açabilir.

Hess yasası ne zaman kullanışlıdır

Hess yasası, bir tepkimenin entalpisi doğrudan ölçülmesi zor olduğunda ama ilişkili tepkimeler bilindiğinde kullanılır. Giriş düzeyi kimyada sıkça oluşum entalpileri, yanma verileri ve tepkime döngüleriyle birlikte karşınıza çıkar.

Ayrıca termokimyasal akıl yürütmeyi kontrol etmek için de iyi bir yöntemdir. Denklemler hedef tepkimeyi temiz biçimde vermiyorsa, entalpi toplamı henüz hazır değildir.

Benzer bir termokimya sorusu deneyin

Kendi örneğinizi, bir hedef tepkime ve bilinen üç termokimyasal denklemle başlayarak deneyin; sonra bunları toplamadan önce herhangi birini ters çevirmeniz ya da ölçeklendirmeniz gerekip gerekmediğine bakın. İlgili bir sonraki adım isterseniz, $\Delta H$'nin daha geniş termodinamik tabloya nasıl oturduğunu görmek için bunu entalpi ve entropi ile karşılaştırın.