11. Sınıf Kimya · Ünite 1
Kırılan ve Oluşan Bağların Dansı: Tepkime Entalpisi
Kimyasal tepkimelerde kırılan ve oluşan bağ enerjilerinin tepkime entalpisine etkisini keşfederek matematiksel bir örüntü oluşturuyoruz.
Kazanım KİM.11.1.3 · 40 dk okuma
Derin bir nefes alın... İçinize çektiğiniz havanın yaklaşık yüzde 78'i azot, yüzde 21'i oksijendir. Peki, nasıl oluyor da bu iki gaz ciğerlerimizde ya da havada sürekli tepkimeye girip tehlikeli bileşikler oluşturmuyor? Cevap, gaz moleküllerinin içindeki bağların ne kadar güçlü olduğuyla, yani 'Bağ Enerjisi' ile ilgilidir.
Bağ Enerjisi Nedir?
Gaz halindeki 1 mol kovalent bağın kırılması için gereken enerjiye bağ enerjisi denir. Bağ enerjisi ne kadar büyükse, o bağı kırmak o kadar zordur ve molekül o kadar kararlıdır. Şimdi bazı bağların ortalama enerjilerine göz atalım:
- H-H tekli bağ: 436 kJ/mol, O=O çift bağ: 498 kJ/mol, N≡N üçlü bağ: 946 kJ/mol, C-H tekli bağ: 414 kJ/mol
Örüntüyü Keşfetmek: Tepkime Entalpisinin Modellenmesi
Bir kimyasal tepkimenin gerçekleşebilmesi için önce reaktiflerdeki (girenler) mevcut bağların kırılması, ardından ürünlerde yepyeni bağların oluşması gerekir. Bağın kırılması enerji gerektirdiği için endotermiktir. Yeni bir bağın oluşması ise dışarıya enerji verdiği için ekzotermiktir. Bu iki zıt işlem arasındaki fark, bize tepkimenin toplam ısı değişimini, yani entalpi değişimini verir.
Örüntü çok mantıklıdır: Kırmak için harcadığınız toplam enerji, bağlar oluşurken kazandığınız enerjiden küçükse sistem dışarıya net bir ısı verir (ekzotermik tepkime). Eğer kırmak için çok daha büyük bir enerji harcamak zorunda kaldıysanız, tepkime ısı alarak gerçekleşmiş demektir (endotermik tepkime).
Modelin Örnekle Test Edilmesi ve Grafikler
Hidrojen ve flor gazlarından hidrojen florür oluşumunu inceleyelim: H2(g) + F2(g) -> 2HF(g). Kırılan bağlar 1 mol H-H (436 kJ) ve 1 mol F-F (159 kJ) şeklindedir. Oluşan bağlar ise 2 mol H-F (567 kJ) şeklindedir. Matematiksel modelimizi bu sayılarla çalıştıralım:
Sonuç negatif (-) çıktı! Bu eksi işareti, sistemin dışarıya enerji verdiğini gösterir. Bir potansiyel enerji-tepkime koordinatı grafiğinde bu durumu çizmek isteseydik, dışarıya enerji atıldığı için ürünlerin potansiyel enerjisini girenlerden daha alt bir seviyede çizerdik. Aşağıdaki grafikte bu farkı kolayca görebilirsiniz.
Kırılan ve Oluşan Bağların Dansı: Tepkime Entalpisi: Alıştırma Soruları
1. Tepkime entalpisini (\Delta H) moleküllerin bağ enerjilerini kullanarak hesaplamak isteyen bir öğrenci hangi matematiksel modeli kullanmalıdır?
- A) Oluşan Bağ Enerjileri Toplamı - Kırılan Bağ Enerjileri Toplamı
- B) Kırılan Bağ Enerjileri Toplamı - Oluşan Bağ Enerjileri Toplamı
- C) Kırılan Bağ Enerjileri Toplamı x Oluşan Bağ Enerjileri Toplamı
- D) Oluşan Bağ Enerjileri Toplamı / Kırılan Bağ Enerjileri Toplamı
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Kırılan Bağ Enerjileri Toplamı - Oluşan Bağ Enerjileri Toplamı
Tepkime entalpisi, bağların kırılması için harcanan enerji (endotermik) ile yeni bağlar oluşurken açığa çıkan enerjinin (ekzotermik) farkıdır. Doğru model (Kırılan Bağlar - Oluşan Bağlar) şeklindedir.
2. Atmosferin %78'ini oluşturan azot gazının (N2) oksijenle (O2) kolayca tepkimeye girmemesinin temel nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Azot molekülleri arasındaki itme kuvvetinin zayıf olması
- B) Havanın atmosferde sürekli hareket halinde olması
- C) Azot atomları arasındaki üçlü bağın (N≡N) enerjisinin çok yüksek olması
- D) Oksijen gazının tepkime vermeye isteksiz bir soy gaz olması
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Azot atomları arasındaki üçlü bağın (N≡N) enerjisinin çok yüksek olması
Azot (N2) molekülünde iki azot atomu arasında son derece sağlam bir üçlü bağ (N≡N) bulunur. Bu bağı kırmak için gereken enerji (946 kJ/mol) çok yüksek olduğu için normal koşullarda azot gazı kolayca reaksiyona girmez.
3. Bir tepkimede kırılan bağların enerjileri toplamı 750 kJ/mol, oluşan bağların enerjileri toplamı ise 1100 kJ/mol'dür. Buna göre bu tepkimenin potansiyel enerji grafiği ve entalpi işaretine dair ne söylenebilir?
- A) Ekzotermiktir, ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerden daha düşüktür.
- B) Endotermiktir, ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerden daha yüksektir.
- C) Ekzotermiktir, ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerden daha yüksektir.
- D) Endotermiktir, ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerden daha düşüktür.
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Ekzotermiktir, ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerden daha düşüktür.
\Delta H = Kırılan - Oluşan = 750 - 1100 = -350 kJ/mol. Sonuç negatif olduğu için tepkime ekzotermiktir. Ekzotermik sistemlerde sistem dışarı enerji verdiği için ürünlerin sahip olduğu enerji girenlerin enerjisinden daha düşük seviyeye iner.
4. H2(g) + Cl2(g) -> 2HCl(g) tepkimesi için bağ enerjileri şöyledir: H-H bağı 436 kJ/mol, Cl-Cl bağı 242 kJ/mol, H-Cl bağı 431 kJ/mol. Bu tepkimenin entalpi değişimi (\Delta H) kaç kJ/mol'dür?
- A) +184
- B) -184
- C) +247
- D) -247
Cevabı göster
Doğru cevap: B) -184
Kırılan bağlar: 1 mol H-H (436) ve 1 mol Cl-Cl (242), Toplam: 678 kJ/mol. Oluşan bağlar: 2 mol H-Cl (2 x 431 = 862 kJ/mol). Entalpi Değişimi: 678 - 862 = -184 kJ/mol.
5. Eğer bir tepkimenin potansiyel enerji - tepkime koordinatı grafiğinde ürünlerin enerjisi, girenlerin enerjisinden daha yüksekte bitiyorsa, bağ enerjileri açısından kesinlikle hangi yargıya varılır?
- A) Oluşan bağların toplam enerjisi, kırılan bağların toplam enerjisinden daha büyüktür.
- B) Kırılan bağların toplam enerjisi, oluşan bağların toplam enerjisinden daha büyüktür.
- C) Tepkimede harcanan ısı, açığa çıkan ısıdan daha azdır.
- D) Tepkime entalpisi (\Delta H) negatif işaretli bir değere sahiptir.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Kırılan bağların toplam enerjisi, oluşan bağların toplam enerjisinden daha büyüktür.
Ürünlerin enerjisi yüksekse tepkime ısı alarak gerçekleşmiştir yani endotermiktir (\Delta H > 0). Entalpi modeline (Kırılan - Oluşan > 0) göre bu durum, kırılan bağları koparmak için harcanan enerjinin, oluşan bağların saldığı enerjiden kesinlikle daha büyük olduğunu gösterir.