Termodinamik - Termodinamik Nedir? - Termodinamik Kanunları

**Prof. Dr. Sinsi** · 09-09-2012

05 Gibbs Serbest Enerji
Bazı reaksiyonlar çevreye ısı yayıyordur ve DH < 0 olduğundan reaksiyon kendiliğinden oluşur yani istemlidir

Başka bir raeaksiyon ise sistemin düzensizliğinin artması nedeniyle DS > 0 oluyor ve yine reaksiyon kendiliğinden gerçekleşiyor

Bu olayları tam olarak açıklayabilmek aralarında bir bağlantı kurabilmek için yeni bir terime ihtiyamız vardır

Buda gibbs serbest enerjisidir ve G işareti ile tanımlanır

Daha önce öğrendiğimiz formülleri bir kere daha gözden geçirecek olursak Sabit basınç altında bir reaksiyonun oluşumu sırasında ısı değişimi entalpi değişimine eşittir

qp=DHçevre
Sabit basınç ve sıcaklık altında DSçevre aşağıdaki formül ile hesaplanıyordu

Buradaki DH reaksiyonun entalpi değişimi, T ise mutlak sıcaklık
DSçevre = - DH/T
Toplam entropi değişimi

DStoplam = DS sistem + DSçevre
DStoplam = DS sistem - DH/T eşitliğin her iki tarafı (-T) ile çarpılırsa

-TDStoplam = DH - TDS bağıntısı elde edilir ve bu bağıntı gibbs serbest enerjisi ile bir reaksiyonun kendiliğinden olup oluşmayacağını açıklamak amacı ile kullanılır

Serbest enerji

G = H-TS ifadesi ile tanımlanır

Sabit basınç ve sıcaklıkta reaksiyonun serbest enerji değişimi
DG = DH - TDS olarak tanımlanır

-TDStoplam = DH - TDS
DG = -TDStoplam şeklinde bağlantı kurulabilir

Peki ne anlama gelmektedir bu formüller

Bunu da şöyle özetliyebiliriz

Kendiliğinden olan değişimlerde sistemin serbest enerjisi azalır

DStoplam > 0 olacağından - TDS< 0 olacaktır

Böylelikle sabit basınç ve sıcaklık altında - TDS< 0 olduğundan DG< 0 olacaktır

DG negatif ise reaksiyon kendiliğinden oluşur

Dengede bir sistemde DStoplam =0 olacağından , - TDS = 0 ve DG = 0 olacaktır

DG = 0 sistem dengededir

DG > 0 ise reaksiyon kendiliğinden oluşmaz

Özetle bir reaksiyonun kendiliğinden olabilmesi için DG nin negatif olması gerekmektedir

Buda DH < 0 veya DS> 0 olması ile sağlanabilir

Hesaplama yaparken bileşiklerin standart serbest oluşum enerjisi ( DGº) hesaplanırken
DGº = (DGºürünler - DGº reaktantlar ) şeklinde hesaplanabilir

Burada dikkat edilmesi gereken şey elementlerin (O2, N2 gibi) standart serbest oluşum entalpiler 0 dır

0501 Gibbs serbest enerjisinin Sıcaklık ile Bağlantısı
DH ve DS sıcaklığa bağlı olmadığı durumlarda DG, T nin lineer bir fonksiyonudur

Bunun sonucunda
1

DH < 0, DS> 0 ve DG< 0 olduğunda reaksiyon bütün sıcaklıklarda kendiliğinden oluşur

2

DH> 0, DS< 0 ve DG> 0 olduğunda reaksiyon hiçbir sıcaklıklarda kendiliğinden oluşmaz

3

DH < 0, DS< 0 ve DG< 0 olduğunda reaksiyon düşük sıcaklıklarda kendiliğinden oluşur

4

DH> 0, DS> 0 ve DG< 0 olduğunda reaksiyon yüksek sıcaklıklarda kendiliğinden oluşur

09-09-2012	#4
Prof. Dr. Sinsi	Termodinamik - Termodinamik Nedir? - Termodinamik Kanunları 05 Gibbs Serbest Enerji Bazı reaksiyonlar çevreye ısı yayıyordur ve DH < 0 olduğundan reaksiyon kendiliğinden oluşur yani istemlidir Başka bir raeaksiyon ise sistemin düzensizliğinin artması nedeniyle DS > 0 oluyor ve yine reaksiyon kendiliğinden gerçekleşiyor Bu olayları tam olarak açıklayabilmek aralarında bir bağlantı kurabilmek için yeni bir terime ihtiyamız vardır Buda gibbs serbest enerjisidir ve G işareti ile tanımlanır Daha önce öğrendiğimiz formülleri bir kere daha gözden geçirecek olursak Sabit basınç altında bir reaksiyonun oluşumu sırasında ısı değişimi entalpi değişimine eşittir qp=DHçevre Sabit basınç ve sıcaklık altında DSçevre aşağıdaki formül ile hesaplanıyordu Buradaki DH reaksiyonun entalpi değişimi, T ise mutlak sıcaklık DSçevre = - DH/T Toplam entropi değişimi DStoplam = DS sistem + DSçevre DStoplam = DS sistem - DH/T eşitliğin her iki tarafı (-T) ile çarpılırsa -TDStoplam = DH - TDS bağıntısı elde edilir ve bu bağıntı gibbs serbest enerjisi ile bir reaksiyonun kendiliğinden olup oluşmayacağını açıklamak amacı ile kullanılır Serbest enerji G = H-TS ifadesi ile tanımlanır Sabit basınç ve sıcaklıkta reaksiyonun serbest enerji değişimi DG = DH - TDS olarak tanımlanır -TDStoplam = DH - TDS DG = -TDStoplam şeklinde bağlantı kurulabilir Peki ne anlama gelmektedir bu formüller Bunu da şöyle özetliyebiliriz Kendiliğinden olan değişimlerde sistemin serbest enerjisi azalır DStoplam > 0 olacağından - TDS< 0 olacaktır Böylelikle sabit basınç ve sıcaklık altında - TDS< 0 olduğundan DG< 0 olacaktır DG negatif ise reaksiyon kendiliğinden oluşur Dengede bir sistemde DStoplam =0 olacağından , - TDS = 0 ve DG = 0 olacaktır DG = 0 sistem dengededir DG > 0 ise reaksiyon kendiliğinden oluşmaz Özetle bir reaksiyonun kendiliğinden olabilmesi için DG nin negatif olması gerekmektedir Buda DH < 0 veya DS> 0 olması ile sağlanabilir Hesaplama yaparken bileşiklerin standart serbest oluşum enerjisi ( DGº) hesaplanırken DGº = (DGºürünler - DGº reaktantlar ) şeklinde hesaplanabilir Burada dikkat edilmesi gereken şey elementlerin (O2, N2 gibi) standart serbest oluşum entalpiler 0 dır 0501 Gibbs serbest enerjisinin Sıcaklık ile Bağlantısı DH ve DS sıcaklığa bağlı olmadığı durumlarda DG, T nin lineer bir fonksiyonudur Bunun sonucunda 1 DH < 0, DS> 0 ve DG< 0 olduğunda reaksiyon bütün sıcaklıklarda kendiliğinden oluşur 2 DH> 0, DS< 0 ve DG> 0 olduğunda reaksiyon hiçbir sıcaklıklarda kendiliğinden oluşmaz 3 DH < 0, DS< 0 ve DG< 0 olduğunda reaksiyon düşük sıcaklıklarda kendiliğinden oluşur 4 DH> 0, DS> 0 ve DG< 0 olduğunda reaksiyon yüksek sıcaklıklarda kendiliğinden oluşur