Gibbs Serbest Enerjisi ve Spontanlık

en son birkaç videoda sabit basınç altındaki bir sistemin ve ortamın en tepesindeki değişimin Sisteme giren ısı miktarına eşit olduğunu görmüştük sabit basıncı ifade eden peyde eklemeyi unutmayalım a ve B'nin tepkimeye girmesi sonucunda C ürünü elde ettiğimizi varsayalım bu durumda iki durum arasındaki entalpisi farkı Yani en tepedeki değişim sıfırdan küçük olur bu durumda tepkimenin ekzotermik olduğunu söyleyebiliriz peki bunun sebebi nedir burada sabit basıncı olduğunu kabul etmiştik peki bunun egzo termik olduğunu Yani burada ısının açığa çıkacağını nasıl anlayabiliriz Çünkü sabit basınca altındaki bir sistemden bahsederken en tepedeki değişim Sisteme giren ısı miktarına eşit olur Sisteme giren ısı miktarı negatifse bu TEB bu sonucunda ısının açığa çıkacağı anlamına gelir Yani bu durumda Isı veya enerji açığa çıkar enerji de ekleyelim önceki videolarda bu türden Bir tepkimenin ekzotermik olduğunu öğrenmiştik şimdi de enerji gerektiren bir tepkimeye bakalım Örneğin ağabeyinin tepkimeye girmesi sonucunda C ürünün elde edilmesi için enerjiye ihtiyacımız olsun peki bu ne anlama gelir bu aslında sistemin enerji abzorb ettiği aldığı anlamına gelir bu durumda abzorb e edilen enerji miktarı en tepedeki değişime eşit olur ve en tepedeki değişimde yani dert hasta pozitiftir Çünkü dediğim gibi bu durumda sisteme enerji eklenmiş oldu Dışarıdan Isı alan bu tepkimeler endotermik tepkimeler olarak adlandırılır yani burada ısı abzorb edilir sisteme eklenir Bir tepkimenin kendi kendine gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini yani istemem iyi olmadığını anlamak için en tepedeki değişime bakabiliriz bu arada istemli tepkimeyi bazı kaynaklarda spontan olarak da görebilirsiniz spontan da zaten kelime anlamıyla kendi kendine olan demek yani istemli tepkimi Neyse devam edelim tepkime sonucunda enerji açığa çıkıyorsa yani tepkime sırasında enerjiye ihtiyaç duyuluyorsa bu tepkime istemli olabilir aynı şekilde tepkimeye enerji eklememiz gerekiyorsa bu tepkimenin istemsiz olma ihtimali yüksektir ancak Oldukça hızlı hareket eden ve dolayısıyla kinetik enerjisi yüksek olan parçacıklarda tepkimeye giren maddeleri bir araya getirebilir ve tepkime bu durumda istemli olabilir var yani tek başına entalpiye bakarak tepkimenin nasıl olacağını anlayabiliriz bunun nasıl belirleneceğini anlamak ve hangi tepkimenin istemde olduğunu bulmak için ilk olarak bazı önemli unsurları inceleyelim derttaş değerinin önemli olduğunu zaten biliyorduk tepkime sonucunda enerji açığa çıktığında yani derdi hoş değerinin sıfırdan küçük olduğu durumlarda tepkimenin istemli olma ihtimali artar ancak en çok iyi ifade eden Delta esteri azaldığında yani tepkime daha düzenli hale geldiğinde ne olur termodinamiğin ikinci yasası ndan bunun pek de mümkün olmadığını biliyoruz kendi gözlemlerinden de maddelerin Makro durumdan mikro duruma çok kolay geçemeyeceğini söyleyebilirim Örneğin değilim ki yumurtanın hiçbir şey olmadan kendi kendine yere düşmesi tahmin edebileceğiniz gibi pek de mümkün değildir Evet de ihtimal var ama çok mümkün değil var Ancak burada entropide oldukça önemli sıcaklık kavramını da unutmayalım Çünkü burada bolca enerjiden bahsetmiştik yani tepkimenin gerçekleşmesi için enerji gereksede sıcaklık yeteri kadar yüksek olduğunda Bu maddeleri bir araya getirip enerji üretebiliriz ve şuraya geçebiliriz bunun nasıl olacağına bakalım tepkimeye giren maddelere ve Bu maddelerin farklı kombinasyonlarına göre tepkimede ne gibi değişiklikler olacağını inceleyelim tepkime için enerji gereksede gerekmese de burada de taş değeri önemli bir faktör Bir de en çok hideki değişimi gösteren Delta Es değerimiz var tepkimenin düzenli mi düzensiz mi olduğuna da bakmamız gerekir Ayrıca ortalama kinetik enerji gösteren Sıcaklığı da unutma sakın iyi olur Kısacası pek çok etkinliğe hesaba katmamız gerekiyor ilk örneğimizde başlayabiliriz Bu örnekte dert her sıfırdan küçük ve en çok hideki değişim sıfırdan büyük Ben aslında bunu tahmin de edebilirdik bu durumda tepkime sonrasında her şey daha da en çok bir hale gelir Çünkü en çok yükseldikçe parçacık sayısı da artar entropinin elimizdeki parçacık sayısıyla ilgili olduğunu söylemiştik Yani bu durumda elimizde daha fazla parçacık olur buraya birkaç tane parçacık ve molekül çizim işte şöyle çiziyor bunun da şöyle bir molekül olsun bu moleküller birbirine çarptığında tepkime sonucunda Bu ürünü elde ettiğimiz varsayalım buradaki moleküllerden biri Yukarıdaki moleküllerden biriyle bağ kurduğumda ürün kısmına da lacivert moleküllerden birini koyabiliriz Hatta iki lacivert molekülü de çizim Bunlardan biri de buradaki mavi molekülle bağ kursun diğeri de pembeyle buradaki kahverengi molekülünde tepkime sırasında hiçbir bağ kurmadığını varsayın yani İlk başta elimizde iki molekül varken şu an 3 More da tepkime daha düzensiz hale geldiğinden en çok beğenin arttığını söyleyebiliriz bu durumda tepkimenin halleri de değişebilir Ayrıca de taş değerinde sıfırdan küçük olduğunu belirtmiştik bu durumda bu moleküllerin elektronlarının potansiyeli azalacağından daha kararlı bir konfigürasyon elde ederiz biz yani daha yüksek potansiyelli elektronlar ürün kısmında daha kararlı hale geldiğinde enerji açığa çıkar bunu aslında Zaten biliyorduk çünkü en başta en tabi değişiminin sıfırdan küçük olduğunu söylemiştik bu durumda ölüm kısmına enerjiyi de eklememiz gerekir Bu açıdan baktığımızda bu tepkimenin sağ yönde gerçekleştiğini ve istemli olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz olasılık açısından baktığımızda iki parçacığın birbiriyle karşılaşıp tepkimeye girme ihtimali 3 parçacığın birbiriyle bağ kurma ihtimalinden daha fazladır ve ayrıca burada moleküllerin daha kararlı olduğunu söyleyebilirim Yani elektronları daha düşük potansiyeli bu durumda bu moleküllerin bu yöne doğru hareket etmesi için enerji ile veya aintap ile ilgili hiçbir sebep yok yani sıcaklığa bakmaksızın ileri yönde bu tepkimenin nasıl gerçekleşeceğini tahmin edebiliriz Hatta bence büyük ihtimalle bu istemli bir tepki mi şimdi de tahmin etmesi pek de kolay olmayan bir örneğe bakalım dert Aşk sıfırdan küçük olsun Ancak aynı zamanda entropi değerimiz de daha küçük olsun Şu an sadece tepkimedeki en çok giden bahsediyorum termodinamiğin ikinci yasası ile bunu karıştırmayalım dediğim gibi en çok beğenin azaldığını varsayan elimizde iki tane parçacık olsun buraya iki tane parçacık çizelim iki parçacık bağ oluşturduğunda elektronları da daha kararlı hale gelsin ve şunu oluştursun bu durumda elektronlar daha düşük potansiyeli bir hale geldi bu ve elektronlar sayesinde enerji açığa çıkar yani ölü kısmında yine enerji var En tatildeki değişimin sıfırdan az olduğunu bildiğinizden bunu tahmin etmemiz çok da zor olmadı bu durumdaki enerji diğer tarafa göre daha az çünkü burada bir miktar enerji açığa çıktı peki böyle Bir tepkimenin gerçekleşme ihtimaline bakalım tepkime mize Sıcaklığı da dahil edelim ve düşük sıcaklıkta neler olacağını inceleyelim düşük sıcaklıkta bu moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi çok düşüktür yani çok yavaş hareket ederler istemlilik demek tepkimenin kendi kendine gerçekleşmesi demektir yani burada tepkimenin hızından ve oranından bahsetmiyor bunu unutmamak da fayda var burada bu tepkimenin kendi kendine gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini bulmaya çalışıyoruz Ne kadar süre alacağı bizi Şu an için iç ilgilendirmiyor sıcaklık düşük olduğunda moleküller çok ya bu kader ve birbirlerine pek çarpmaz ancak belli bir süre sonunda birbirlerine çarpacak larını söyleyebiliriz bu durumda da birbirlerinin yanından geçerler ve potansiyelleri azalır burada işin özünü kavga sanız yeter detaylarda Bu olmanıza gerek yok bu tepkime sonucunda enerji açığa çıkacağı için tepkimenin potansiyeli azalır ve elektronlar yanyana geldiğinde bu şekilde görünürler bu durumda da enerji açığa çıkar enerji ısı veya başka bir forumda açığa çıkabilir Böylece moleküllerin diğer tarafa geri [ __ ] zorlaşır yani sıcaklık düşük olduğunda tepkimenin istemli olma ihtimali artar Bu ne yazayım sıcaklık düşükse tepkime İslam midir Peki sıcaklığın yüksek olduğu durumlarda ne olur Bu arada şunu unutmayın elimizde Sadece bu parçacıklar Yok buraya başka parçacıklarda çizsem iyi olacak 5'te böyle ölüm kısmına da birkaç tane daha parçacık Çizi Çünkü burada birden fazla o ilk olmalı Makro değişkenlerden bahsederken moleküllere ayrı ayrı değil memiz biraz saçma olur burada bütün bir sistemden bahsediyoruz sorumuza geri dönelim sistemdeki sıcaklığın yüksek olduğu durumlarda ne olur hemen sıcaklığın yüksek olduğu bir örnek düşünelim bu tarafta Bunlar birbirine Oldukça hızlı bir şekilde çarpar Hatta bunu bir arabanın başka bir arabaya çarpmasına benzetebiliriz Hatta bu kısım için de aynı durum geçerli bunları arabaya atomları da arabanın parçalarına benzetirsek birbirlerine çivilerle bağlı olsalar da iki araba birbirlerine belli bir hızla çarptığında çivi ve kaplamalar arabayı bir arada tutmaya yetmeyebilir değilim bu durumda iki arabada parçalara ayrılır bunu Çisem iyi olacak da aynı şekilde Kinetik enerjinin yüksek olduğu durumlarda tepkimenin bu tarafında Bunlar birbirine çarparak parçalara ayrılır ve diğer tarafa geçer diğer taraftaki lerinde kinetik enerjisi yüksek olduğundan yani birbirlerinin yanından çok hızlı geçtik lerinden elektronların kararlı halde olması bu durumun önüne geçemez bunu arabanın yanından hızlıca geçerken arabaya tekerlek takmak için uğraşmaya benzetebiliriz çok iyi bir örnek olmadı ama idare edin demek istediğim sıcaklığın çok yüksek olduğu durumlarda birbirine bağlanan moleküllerin elektronlarının daha kararlı hale gelme ihtimali pek yoktur yani tepkimenin egzos termik olma ihtimali azalır daha yüksek sıcaklıklardan örnek verebiliriz Örneğin sıcaklık çok çok yüksek olduğunda ne olur bu durumda buradaki molekül buna çarpar ve bu molekül oluşturmak yerine lacivert molekülü itebilir O da buraya bir yere düşer Hatta bu etik enerjinin yüksek olduğu durumlarda bu molekül lacivert olanı parçacıklarına da ayırabilir bu durumda bu tepkimenin istemli olma ihtimalin azaldığını söyleyebiliriz Hatta sıcaklık yeteri kadar yüksekse ters zevkime büyük ihtimalle istemli olur yani sıcaklığın yeteri kadar yüksek olduğu durumlarda bu moleküller birbirine çarparak tepkimeye girer ve tepkime bu yöne doğru gerçekleşir yani sıcaklık yüksekse tepkime bu yöne doğru sıcaklık düşükse de tepkime diğer yöne doğru gerçekleşir şimdiye kadar öğrendiklerimizi bir araya getirerek istemlilik ile ilgili bir formül bulmaya çalışalım ilk olarak en tatile başlayabiliriz bu değer sıfırdan küçük olduğunda tepkimenin büyük ihtimalle istemli olduğunu söylemiştik Tüm bu ifade sıfırdan küçükse de tepkimenin istemli olduğunu söyleyebiliriz entropinin pozitif olmasının tepkimenin istemli olma ihtimalini arttırdığını biliyoruz bunu daha o örneklerde de görmüştük burada daha fazla molekül olduğu durumda tepkimenin istemli olma ihtimali de artar tepkimenin istemli olması için ifadenin tümünün negatif olması gerekiyor entropi pozitif ise denklem daha da negatif hale gelir bu yüzden en çok iyi bu değerden çıkarmamız gerekiyor şöyle yazayım bu de pozitif ise denklem izin tümü daha da negatif olur yani tepkime kendi kendine gerçekleşir ve istenen midir bu değeri negatif olması dış ortama enerji verildiğini ifade ederken Bu değerin pozitif olması tepkimenin düzensiz olduğu anlamına gelir yani ifadenin tamamı negatif olur şimdi de entropinin negatif olduğu durumlara bakalım entropinin negatif olması tepkimenin istemli olma ihtimalini azaltır bunu buraya bakarak da tahmin edebilirdik bu örneğimizde en çok iyi negatifti yani parçacık sayısı azaldığından tepkime miz daha düzenli ne demişti Demek ki sıcaklığın yüksek olduğu durumlarda entropinin önemi daha da artar sıcaklığın yüksek olduğu durumlarda moleküller birbirine daha çok çarpıcı andan entropide artar sıcaklığın düşük olduğu durumlarda ise moleküller birbirlerinin yanında sürükleneceksin den tepkimedeki en takibi daha çok önem kazanır Şimdi de bunu nasıl anlayabileceğimiz e bakalım dediğim gibi sıcaklık yüksekse entropinin önemi artar ancak sıcaklık küçükse en çok iyi pekte önemli değildir Bu durumda en çok iyi sıcaklık cinsinden ölçebilir miyiz Yani bu denkleme bir sıcaklık değişkeni ekleyebilir miyiz Daha önce yaptığımız örnekler de dediğim gibi bu ifade sıfırdan küçükse tepkimizi sistemidir bu Tabii ki önceki gözlemlerimize dayanıyor kesin olmayabilir şimdi bunun diğer değişkenlere uyup uymadığına bakalım sıcaklık yüksek olduğunda egzo termik olan tepkime sağa doğru gerçekleşti sağ tarafa ben size de molekül sayısı azalacağından tepkimenin ekzotermik olduğunu söyleyebiliriz gözlemlerimize göre düşük sıcaklıklarda tepkimenin istemli olma ihtimali artar Çünkü dediğim gibi moleküller birbirine yakın geçer ve daha kararlı bir konfigürasyon oluşur Bu oldukça mantıklı yani düşük sıcaklıklarda Bu değerin pek de bir önemi kalmaz Hatta daha uç bir örnek verirsek sıcaklığın Mutlak sıfır olduğu durumda Bu değerin hiçbir önemi kalmaz Mutlak sıfır ulaşmamız pek mümkün değil Ancak demeye çalıştığım sıcaklık azaldıkça buradaki değerinin önemi da azalır veya taş değerinin önemi artar ancak yüksek sıcaklıklarda aynı değer büyük bir önem kazanır Örneğin Delta eseri sıfırdan küçükse bu ifadeye pozitif olur ve dediğim gibi buradaki önemi artar deltaş değeri negatif olsa da burada çıkarma işlemi yaptığımızdan Delta esdeğeri önündeki eksi işaretinden bu pozitif olur burada bir noktayı da hatırlatmak istiyorum burada sıcaklığı Kelvin cinsinden ölçtüğümüz den sıcaklığına Aslında negatif olma ihtimali yok yani bu değer yeteri kadar pozitif olduğunda yani negatif entropy den daha büyük olduğunda tepkimenin istemli olma ihtimali ortadan kalkar yani sıcaklığın yeteri kadar yüksek olduğu durumlarda bu yönde gerçekleşen tepkime istemli Olmaz Aslında bunların hepsini aşağıdaki denklemle bakarak anlayabiliriz Şimdi de intihap inin negatif entropinin de pozitif olduğu örneğe bakalım en tabi negatif olduğundan burada enerji açığa çıkar ve entropide arttığından tepkime daha düzensiz hale gelir Ayrıca Delta istedi de negatif olur bu durumda denklem izin sonucu kesinlikle negatif çıkar Aslında deltaş negatif Delta Este pozitif olduğuna göre tepkimenin daha entropik olduğunu ve enerjinin açığa çıktı ve dolayısıyla bunun istemli bir tepkime olduğunu tahmin etmemiz mümkün buradaki denklemde bunu doğrular nitelikte Bence bu oldukça mantıklı bir denklem tahmin edebileceğiniz üzere bu denklemi kafamda uyduramadım bu denklem sayesinde Bir tepkimenin istemliliği hakkında bir fikir yürütebiliriz ilerki videolarda bu denklemden daha detaylı bir şekilde bahsedeceğim belki entropi ile ilgili bazı temel formülü de tekrar de inebilirim dediğim gibi bu denklem ve da formülü sayesinde tepkimenin istemi olup olmadığını anlayabiliriz Bu videoda size bu formülün neden önemli bir formül olduğunu göstererek konuyu daha iyi anlamanıza biraz yardımcı olduğunu düşünüyorum Bu ifade de aslında gidip serbest enerjisindeki değişimi ifade eder Ve Delta g sembolü ile gösterilir Bu sayede tepkimenin istemi olup olmadığını anlayabiliriz bir sonraki Video da bu formülü birkaç örnek üzerinde göstereceğim daha bu videolarda da temel termodinamik ilkelerinden yola çıkarak bu formüle nasıl ulaşabileceğinizi göstermeye planlıyorum