TERMODİNAMİK YASALARI İLE DÜNYAYA BAKIŞ SİSTEMLER 1* Kapalı sistem, açık sistem ve izole sistem olmak üzere üç çeşit sistem vardır. 2* Termodinamik, bu sistemlerin çevre ve evren ile olan ilişkisini inceleyen bilim dalıdır. 3* Sadi Carnot (1796–1832) termodinamik biliminin kurucusu olarak kabul edilir. Carnot çevrimi olarak bilinen termodinamik 2. yasadır.
ENERJİ TÜRLERİ 4* E = İç enerji 5* G = Serbest Gibbs enerji (Gibbs enerji veya serbest enerji) 6* H = Entalpi 7* S = Entropi 8* W = İş 9* q = Isı
ULUSLARARASI BİRİM SİSTEMİNDE (SI) ENERJİ TÜRLERİ BİRİMLERİ 10* 11* 12* 13* 14* 15*
E (İç enerji) birimi: kJ G (Gibbs enerji) birimi: kJ/mol H (Entalpi) birimi: kJ veya kJ/mol S (Entropi) birimi: kJ/K mol W (İş birimi): kJ q (Isı birimi): kJ
1
ENERJİ TÜRLERİ DEĞİŞİMİ* NASIL GÖSTERİLİR? 16* ΔGtepkime = Serbest Gibbs enerji değişimi (Gibbs enerji değişimi veya serbest enerji değişimi) 17* ΔHtepkime = Entalpi değişimi 18* ΔStepkime = Entropi değişimi *Değişim yalnız ΔGtepkime, ΔHtepkime ve ΔStepkime için söz konusudur.
STANDART ŞARTLARDA* ENERJİ TÜRLERİ DEĞİŞİMİ NASIL GÖSTERİLİR? 19* ΔG °tepkime = Standart Gibbs enerji değişimi 20* ΔH°tepkime = Standart şartlarda entalpi değişimi 21* ΔS°tepkime = Standart şartlarda entropi değişimi * Standart şartlar 1 atm basınç ve 25 °C sıcaklıktır.
FORMÜLLER 22* 23* 24* 25* 26* 27* 28* 29*
G = H – TS ΔG = ΔH – TΔS E = q + W (Termodinamik I. yasanın formülü) H = E + PV ΔH = ΔE + ΔPV ΔG° = ∑nG°ürünler – ∑nG°girenler ΔH° = ∑nH°oluşma entalpisi (ürünler) – ∑nH° oluşma entalpisi (girenler) ΔS° = ∑nS°ürünler – ∑nS°girenler
FORMÜLLERLE İLGİLİ BAZI BİLGİLER 30* 31* 32* 33*
ΔG dengede sıfırdır. E (İç enerji) değerlerinin hepsi artıdır. E (İç enerji) ölçülemez. W>0 ise sisteme iş yapılmıştır. 2
ΔE (İÇ ENERJİ DEĞİŞİMİ) NİÇİN OLAMAZ? 34* E2 ve E1 ölçülemez. Bu nedenle de ΔE’den söz edilemez.
GENLEŞME VE SIKIŞTIRMA İLE TERMODİNAMİK İLİŞKİSİ 35* 36*
Genleşmede sistem iş yapar. Sıkıştırmada ise sisteme iş yapılır.
GAZLAR GENLEŞİRKEN GENELDE SOĞUR 37* Azot, oksijen vb. çoğu gaz genleşirken soğur. 38* Helyum ve hidrojen gazları genleşince soğumazlar, tam tersine ısınırlar.
JOULE THOMSON KAT SAYISI 39* Joule Thomson kat sayısı + (artı) olanlar genleşirken soğuyan gazlardır. 40* Joule Thomson kat sayısı – (negatif) olanlar ise genleşirken ısınan gazlardır.
İZOTERMAL DEĞİŞİM 41* İzotermal değişim, sıcaklık farkının olmadığı değişimlerdir.
ADYABATİK DEĞİŞİM 1* Adyabatik değişimlerde duvar izole edilmiştir. 2* Adyabatik ortam ısı ve kütle kaybının veya kazancının olmadığı hâldeki süreçtir. 3* Adyabatik bir ortam oluşturabilmek için sınırlanmış alan ısı ve 3
kütle geçişine karşı tamamen yalıtılmıştır.
ISI KAPASİTESİ (ISINMA ISISI) 42* 1 mol maddenin sıcaklığını, sabit sıcaklık ve sabit basınçta 1 °C arttırmak için gerekli ısı miktarına denir.
ΔH°tepkime VE ΔH°oluşma entalpisi SİMGELERİNİN BİRBİRİNDEN FARKI 43* ΔH° = ∑nH°ürünler – ∑nH°girenler 44* ΔH°geneldir, her ikisini de içerir. 45* ΔH°tepkime bütün tepkimeler için söz konusu olan bir simgedir.. 46* ΔH°oluşma entalpisi ise bileşiğin yalnız elementlerinden oluşmasına ait reaksiyon denkleminin ΔH°’ını sembolize eder.
BAĞ ENERJİLERİNDEN YARARLANARAK ENTALPİ DEĞİŞİMİNİN HESAPLANMASI 47* Bağ enerjilerinden yararlanarak herhangi bir tepkimenin entalpi değişiminin hesaplanabilmesi için tepkimedeki tüm maddelerin gaz fazında olması gerekir. 48* ΔH°tepkime = ∑nH°girenlerin bağ enerjisi – ∑nH°ürünlerin bağ enerjisi
TERMODİNAMİKTE SIFIRINCI YASA 49* Termodinamiğin en basit yasasıdır. 50* Eğer iki sistem birbirleriyle etkileşim içerisindeyken aralarında ısı veya madde alış verişi olmuyorsa bu sistemler termodinamik dengededirler. 51* 1931 yılında Ralp H. Fowler tarafından tanımlanmıştır. 52* Sıfırıncı yasa şöyle der: Şayet hem A ve B sistemleri termodinamik dengede iseler hem de B ve C sistemleri 4
termodinamik denge içerisinde iseler; A ve C sistemleri de termodinamik denge içerisindedirler. 53* Bu yasa, sonradan ortaya konulsa da temel bir kimya ilkesi olarak karşımıza çıkmıştır. Bu nedenle doğal olarak I, II ve III. yasalardan önce gelme zorunluluğu doğmuş ve IV. yasa adını almamıştır. 54* I, II ve III. yasalardan sonra ifade edildiği hâlde termodinamik ilminde sıfırıncı yasa olarak yerini almıştır.
TERMOKİMYA VE KİMYASAL REAKSİYON ÇEŞİTLERİ 1* Bütün kimyasal reaksiyonlarda enerji değişimi söz konusudur. 2* Kimyasal olayların tamamı dışarıdan ısı alarak veya çevreye ısı vererek gerçekleşir. Isı alma ya da ısı vermenin olmadığı bir kimyasal tepkime yoktur. 3* Bir kimyasal tepkime dışarı ısı veriyorsa ekzotermiktir. 4* Bir kimyasal tepkime ısı alarak gerçekleşiyorsa endotermiktir. 5* Bir kimyasal reaksiyonda reaksiyonun başlaması için verilen enerji, reaksiyondan sonra açığa çıkan enerjiden daha büyükse bu tür reaksiyonlar endotermiktir (ısı alan). 6* Reaksiyonun başlaması için verilen enerji, reaksiyondan sonra açığa çıkan enerjiden daha küçükse bu tür reaksiyonlar ekzotermiktir (ısı veren). 7* Bir kimyasal tepkimede enerji çıkışı oluyorsa, bu açığa çıkan enerji, kütlenin enerji karşılığı değildir; kimyasal bağlarla ilgilidir.
REAKSİYON ISISI (ENTALPİ DEĞİŞİMİ) 8* Sabit basınç altında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlardaki enerji değişimine reaksiyon ısısı denir. ΔH ile gösterilir. 9* ΔH, kimyasal reaksiyonlardaki enerji değişimini gösteren bir büyüklüktür. 5
10* Reaksiyon ısısı olarak ΔH şu farklı isimlerle de anılır: Tepkime ısısı, reaksiyon ısısı, entalpi değişimi, reaksiyon entalpisi değişimi, tepkime entalpisi değişimi. 11* Ekzotermik tepkimelerde ΔH’ın işareti eksidir. 12* Endotermik tepkimelerde ΔH’ın işareti artıdır. 13* Açığa çıkan enerji ve gerekli olan enerji artılı ve eksili olmaz. ΔH da artısız ve eksisiz olmaz.
ISI İLE ENTALPİ AYNI MIDIR? 1* Sabit basınç altında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlardaki ısı değişimi (tepkime ısısı) ile tepkimedeki entalpi değişimi aynı anlama gelmektedir ve birbirlerine eşittirler (qP = ΔH). 2* Tepkime ısısı q, entalpi ise H simgesi ile gösterilir. 3* Sabit basınçtaki reaksiyon ısısı da qP ile belirtilir. 4* Sabit hacim altında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlardaki ısı değişimi qV ile simgelenir. 5* qV ile qP eşit değildir. Dolayısıyla reaksiyon ısısı ΔH ile de gösterildiğinden; reaksiyon ısısına, sabit basınç altındaki reaksiyon ısısı denilmelidir. Ancak denilmez. Bunun sebebi şöyle açıklanır: 6* Sabit basınç altında şartı kimyacılar için bir gerekliliktir. 7* Bu nedenle malumu ilam kabilinden olmasın diye genelde kimyacılar “sabit hacim altında” tabirini söylemezler. Bu durum, noksanlık hata sayılmamalıdır. 8* q simgesi Δ’yı da içerir; çünkü ısı, zaten enerji alış verişi olunca söz konusu oluyordu. Başka bir ifadeyle maddenin ısısından söz edebilmek için sıcaklıkları farklı iki durumun olması gerekiyordu. 9* Bu nedenle q’nun baş tarafına Δ yazılmaz.
REAKSİYON İÇERİSİNDE VERİLEN ISILAR, REAKSİYON DIŞINA TAŞINARAK REAKSİYON ISISI (ΔH) OLARAK GÖSTERİLİR 6
14* 15*
C + O2 → CO2 + 94 kcal C + O2 → CO2 ΔH = – 94 kcal
16* 17*
N2 + O2 + 22 kcal → 2NO N2 + O2 → 2NO ΔH = + 22 kcal
KİMYASAL BAĞ ENERJİSİ 18* Atomlarda kimyasal bağ enerjisi söz konusu değildir. 19* Moleküllerin atomlardan meydana geldiğini biliyoruz. Moleküldeki atomları bir arada tutan kuvvet kimyasal bağlardır. Kimyasal bağ enerjisinden söz etmek için molekülün olması lazımdır. 20* Element moleküllerinin kimyasal bağ enerjisi vardır. 21* Bütün kimyasal reaksiyonlar, kimyasal bağların kırılması veya oluşması ile meydana gelir. Doğal kimyasal reaksiyonlarda, kimyasal bağ oluşurken enerji açığa çıkar. Doğal bir bileşiğin kimyasal bağlarını kırmak için de enerji vermek gerekir. 22* Bir kimyasal bağın meydana gelmesi sırasında açığa çıkan enerjiye veya kimyasal bağın kırılması için gereken enerjiye bağ enerjisi denir. 23* Bir kimyasal bağ kırılırken ne kadar enerji veriliyorsa, aynı kimyasal bağ oluşurken de o kadar enerji açığa çıkar. Bu enerjiye kimyasal bağ enerjisi denir. 24* Molekülü oluşturan atomlar arasındaki kimyasal bağların enerjilerinin sayısal değerini gösteren tablolarda, kimyasal bağ enerjisi kcal/mol veya kJ/mol cinsindendir.
OLUŞMA ISISI 25* Aynı ΔH simgesi oluşma ısısı için de kullanılır. Oluşma ısısı olarak ΔH şu farklı isimlerle de anılır: Teşekkül ısısı, oluşum ısısı, oluşma entalpisi, teşekkül entalpisi, oluşum entalpisi. Aslında oluşma entalpisi değil, oluşma entalpi 7
değişimi demek gerekir; pratikte denilmiyor. 26* Oluşum ısısı, bileşikler için geçerli bir tabirdir. 27* OLUŞMA ISISI TANIMI: 1 mol bileşiğin elementlerinden oluşmasına ait reaksiyon denkleminin ΔH değerine o bileşiğin “oluşma ısısı” denir. 28* ELEMENTLERİN OLUŞMA ISISI 0’DIR: Elementlerin oda koşullarında bulundukları fiziksel hâllerinin oluşma ısıları sıfır kabul edilmiştir. Yapı taşı molekül olan 10 adet elementin de (F2, Cl2, Br2, I2, At2, H2, O2, N2, S8, P4) oluşma ısısı sıfırdır.
HESS PRENSİPLERİ 29* Birden fazla reaksiyon denklemi taraf tarafa toplandığında yeni bir reaksiyon denklemi elde ediliyorsa, reaksiyon denklemlerinin ΔH değerlerinin cebirsel toplamı, net reaksiyon denkleminin ΔH’ına eşittir. 30* Bir reaksiyon denkleminde maddelerin kat sayıları herhangi bir sayı ile çarpılarak genişletiliyorsa, ΔH değeri de aynı sayı ile çarpılır. 31* Bir reaksiyon denkleminde maddelerin kat sayıları herhangi bir sayıya bölünerek sadeleştiriliyorsa, ΔH değeri de aynı sayıya bölünür. 32* Bir reaksiyon denkleminde reaksiyona giren maddelerle ürünler yer değiştirirse, ΔH değeri de işaret değiştirir.
ΔH İLE AYNI ANLAMA GELEN DİĞER TERİMLER 33* Nötrleşme ısısı: Asit baz reaksiyonlarında 1 mol maddenin nötrleşmesine ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına denir. Olay ekzotermiktir. 34* Yanma ısısı: Yanma reaksiyonlarında 1 mol maddenin yanmasına ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına denir. Olay 8
ekzotermiktir. 35* Erime ısısı: 1 mol maddenin katı fazdan sıvı faza geçmesine ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına denir. Olay endotermiktir. 36* Buharlaşma ısısı: 1 mol maddenin sıvı fazdan gaz faza geçmesine ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına denir. Olay endotermiktir. 37* Çözünme ısısı: 1 mol maddenin bir sıvıda çözünmesine ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına denir. Olay bazen endotermik bazen ekzotermiktir.
ΔH HESAPLAMA YOLLARI 38* 39* 40* 41* 42* 43* 44*
1 – OLUŞMA ISILARINDAN 2 – KİMYASAL BAĞ ENERJİLERİNDEN 3 – HESS PRENSİPLERİNDEN 4 – MOL HESABIYLA 5 – HÂL DEĞİŞİM GRAFİKLERİNDEN 6 – KALORİMETRİK HESAPLAMALARDAN 7 – AKTİFLEŞME ENERJİSİNDEN
OLUŞMA ISISINDAN ΔH HESAPLANMASI 45* ΔH, ürünlerin oluşma entalpileri toplamından girenlerin oluşma entalpileri toplamının çıkarılmasıyla bulunur. Reaksiyon denkleminde şayet kat sayı varsa, oluşma entalpisi o kat sayı ile çarpılır.
DOĞAL TEPKİMELERDE ÜRÜNLERİN ENERJİSİ DAHA AZDIR. BUNDAN ÇIKARMAMIZ GEREKEN DERS NEDİR? 1* Termodinamiğin II. yasasına göre reaksiyon sonunda üretilen 9
ürünlerin enerjileri azalır. Buradan şu dersi çıkarmamız gerekmektedir: Ürünlerin enerjilerinin az olması bize alçak gönüllü, kendini öne çıkarmayan, kibirden uzak fertler olmamız gerektiğini hatırlatmaktadır.
KİMYASAL BAĞ ENERJİLERİNDEN ΔH HESAPLANMASI 46* ΔH, girenlerin kimyasal bağ enerjileri toplamından ürünlerin kimyasal bağ enerjileri toplamının çıkarılmasıyla bulunur. Reaksiyon denkleminde şayet kat sayı varsa, molekülün kimyasal bağ enerjisi o kat sayı ile çarpılır. 47* Bunun için önce reaksiyon denklemindeki moleküllerin açık formüllerini yazmak gerekir. 48* MOLEKÜLÜN KİMYASAL BAĞ ENERJİSİ: Açık formülü yazılan bir molekülün içerdiği kimyasal bağların enerjilerinin toplanması ile elde edilen sayısal değerdir.
DOĞAL TEPKİMELERDE ÜRÜNLERİN BAĞ ENERJİSİ TOPLAMI GİRENLERİNKİNDEN DAHA BÜYÜKTÜR. BUNDAN ÇIKARMAMIZ GEREKEN DERS NEDİR? 2* Termodinamiğin II. yasasına göre reaksiyon sonunda üretilen ürünlerin kimyasal bağ enerjileri artar. Buradan şu dersi çıkarmamız gerekmektedir: Bağ enerjilerinin artması çeşitli kabiliyet ve bilgilerle mücehhez olmamız gerektiğini bize ders vermektedir.
AKTİFLEŞME ENERJİSİNDEN ΔH HESAPLANMASI 49*
AKTİFLEŞME ENERJİSİ: Kimyasal tepkimenin 10
gerçekleşmesi için gerekli olan en az enerjiye aktifleşme enerjisi denir. Örneğin; tutuşma sıcaklığına gelene kadar maddeyi ısıtırken verilen enerji, aktifleşme enerjisidir. 50* ΔH, ileri reaksiyonun aktifleşme enerjisinden geri reaksiyonun aktifleşme enerjisinin çıkartılmasıyla bulunur.
TERMODİNAMİK YASALAR 51* Termodinamik bilimi dört temel doğal yasaya dayanır: Birinci yasa, ikinci yasa, üçüncü yasa ve dördüncü yasa. I. YASA: ENERJİNİN KORUNUMU YASASI 52* Termodinamiğin birinci yasası, enerjinin korunumunu ifade eder. Enerji, bir şekilden diğerine dönüşebilir. Toplam enerji sabit kalır. 53* Termodinamiğin I. yasasına göre enerji, miktar yönüyle yok edilemez. 54* Enerji, entalpi, ısı; aynı anlama gelen kelimelerdir. 55* C + O2 → CO2 + ısı Nefes alıp vermemizde C ve O2’nin enerjileri toplamı; CO2’nin enerjisi ile açığa çıkan enerjinin toplamına eşittir. II. YASA: ENTROPİ KANUNU VE EKSERJİ (CARNOT KANUNU) 56* Termodinamiğin II. yasası, maddenin ezeliyetini imkânsız kılmaktadır. 57* Materyalistler, varlığı tamamen maddeye verip maddenin ezeliyetine inanmaktadırlar. Sonsuz ilim, irade ve kudret isteyen varlığı, cansız, şuursuz, ilimsiz, iradesiz ve güçsüz maddeye vermek ve onu yaratıcı konumuna çıkarmak büyük bir cahilliktir. 58* Termodinamiğin II. yasasına göre, ısı merkezlerindeki ısı, etrafa sıcaklık yaymak suretiyle bir gün bitecektir. Işık kaynakları, enerji kaynakları, çevrelerine ışık ve enerji 11
yaymak suretiyle bir gün evrende enerji eşit duruma gelecektir. Bu da, enerjinin yok olması anlamına gelmese de, hayatın bitip ölümün gelmesidir; artı ve eksinin yok olması demektir. Carnot, bu kanunu, evinde kaynattığı su ve sobasının sıcaklığından edindiği deneyimlerine dayanarak ortaya koymuştur. Onun bu deneyimleri daha sonra geliştirilmiştir ve günümüzde Carnot kanunu adı altında öğretilmektedir. 59* Bu sahadaki deneyimler gösteriyor ki, eğer daha önce bir başka sebeple kıyamet kopmazsa, muhakkak bir termodinamik kıyameti olacak, evrendeki enerji sona erecek ve sistem çökecektir. 60* Termodinamik kıyamet ile maddenin ezelî olmaması arasında nasıl bir ilişki vardır? Bu ilişkiden, sonsuzluğu iddia edilen zaman ve mekânın zarar görmesi söz konusu olabilir mi? 61* Maddeye ezeliyet verenler, ezeliyetin ne demek olduğunu bilmemektedirler; çünkü ezel, sonsuz demektir. 62* Ezelî olan birleşmiş (birleşik) olmaz, birleşime girmez; basit ve parçalanmaz olur. Kesinlikle değişmez ve kendisine müdahalede bulunulamaz. Zaman, mekân kayıtlarının ve dolayısıyla zamana, mekâna bağlı hareketin dışında olur. Mutlaka ebedîdir; çünkü zamanın dışındadır. 63* Ezel ve ebed, zamansızlık demek olduğundan, bir bakıma aynı noktada birleşirler. 64* Bu özelliklerin hiçbiri maddede yoktur. Madde değişkendir. Madde, enerjiden ayrı düşünülemez. Enerji ise termodinamik 2. yasasında da ortaya konulduğu üzere, ortak sıcaklığa erişmek suretiyle bir gün etkisini kaybedecektir. 65* Ayrıca, madde hem her türlü etkileşime açıktır hem de zaman ve mekân kaydı altındadır. 66* Mekân, küçük ölçekte atomlardan, büyük ölçekte ise güneşlerden oluşmuştur. Bu güneşlerden biri olan bizim güneşimizde, saniyede 564 milyon ton hidrojen helyuma dönüşmekte ve bunun neticesinde etrafa milyonlarca kalorilik 12
ısı ve ışık olarak enerji yayılmaktadır. Bütün güneş sistemine yayılan bu enerjinin bir kısmı da yeryüzüne gelmektedir. Evren, bu türlü güneşlerden meydana gelmiştir. Bizim güneşimiz, bir gün tükenme noktasına ulaşacaktır. Merkezkaç bir hareketle çok korkunç infilaklar olacak, ardından merkezçek bir hareketle büzülme ve kasılmalar meydana gelecek ve artık etrafındaki meyveleri barındıramayacak, dolayısıyla bir kıyamet koparacaktır. 67* Bütün evren, temel taşı olan bu güneşlerden birleşik olduğuna göre, enerjileri sürekli tükenmeye doğru giden bu güneşlerin ezelî olması düşünülemez; çünkü ezelî, yani sonsuz olan, birleşmiş olmaz. Madde ezelî olsaydı zaman ve mekân kaydı altına girmez; dolayısıyla aşınmaz, kendinde en küçük bir değişiklik meydana gelmezdi. Oysa görüyoruz ki, madde ve maddi dünya sürekli değişmekte, hâlden hâle girmekte, çözülme ve yeniden oluşmalara uğramakta veya sebep olmaktadır. Şu hâlde maddenin hem başlangıcı vardır hem de sonludur; zaman ve mekân kayıtlarıyla sınırlıdır. 68* Termodinamiğin II. yasasına göre enerji, şekil itibariyle sürekli değişmektedir (entropi kanunu). 69* Doğal reaksiyonlarda ürünlerin enerji kapasitesi girenlerinkinden azdır. Doğal reaksiyonlar ekzotermik reaksiyondur. Ürünlerin enerjisi daha az olduğundan, “Doğal olaylar, minimum enerji yönüne yürür.” denir. 70* Solunumda CO2 üründür. C ve O2 ise girendir. 71* CO2’nin enerjisi; C ve O2’nin enerjileri toplamından daha azdır. CO2, entalpisini düşürmüştür. 72* C + O2 → CO2 + ısı 73* Bu konuda geçen “enerji kalitesinin düşmesi” tabiri, ürünlerin enerjisinin azalması anlamındadır. 74* Solunumda açığa çıkan enerji israf edilmez. Bunun gibi doğal reaksiyonlarda da enerji israf edilmez. 75* Oksijen, nefes içinde kana temas ettiğinde kanı kirleten karbonu kendine çeker. İkisi birleşir. CO2 oluşur. Hem vücut ısısını temin eder hem de kanı temizler. C ile O2 arasında 13
birleşme kabiliyeti vardır. Bu iki tanecik birbirine yakın olduğu vakit, aralarında kimyasal reaksiyon olur. Birleşmeden dolayı ısı açığa çıkar; çünkü elementlerden doğal bileşik oluşumuna dair kimyasal reaksiyonların tamamı ekzotermik tepkimedir. 76* Açığa çıkan ısıyı şöyle açıklayabiliriz: C atomu ve O2 molekülünün her birinin ayrı ayrı hareketleri vardır. Kimyasal değişim anında her iki tanecik, yani C atomu ile O2 molekülü birleşerek bir tane CO2 molekülü oluştuğundan bir tek hareketle hareket eder. Bir hareket açıkta kalır; çünkü birleşmeden önce iki hareket idi. Şimdi iki tanecik bir oldu. Her iki tanecik bir tanecik hükmünde bir hareket aldı. 77* Diğer hareket başka bir kanun ile ısıya dönüşür. 78* Zaten “Hareket ısıyı doğurur.” bilinen bir kanundur. Böylece vücut ısısı ortaya çıktığı gibi, hem kandaki C alındığından kan temizlenir hem de CO2 nefes vermek suretiyle dışarı atılırken konuşma gibi önemli bir iş de yapılmış olur. 79* Tabii olan bütün kimyasal reaksiyonların, ekzotermik olduğunu ve açığa çıkan enerjinin değerlendirildiğini görüyoruz. 80* Biz de doğal olan bu vb. olayları örnek almalıyız. Enerjiyi israf etmemeliyiz. 81* Piller ve doğal kaplama reaksiyonları, kimyacıların doğallığı örnek alarak geliştirdikleri çalışmalara iki örnektir. 82* Entropi kanunu öğretisi, hem çalışmalarımızda ekzotermik reaksiyonlara öncelik vermeyi hem de ekzotermik tepkime sonucu açığa çıkan enerjiyi değerlendirmeyi gerekli kılmaktadır. Böylece doğal kanunlara uymuş olacağız. 83* Enerji tasarrufu, enerjiyi en faydalı hâlde muhafaza etmektir. 84* Termodinamiğin II. yasasına rağmen, her şey yok olma ihtimalini aşarak basitten mükemmele sanat harikası olarak varlık dünyasına çıkmaktadır.
14
ENTROPİ 85* Kullanılamayan termal enerjinin ölçüsüne entropi denir. 86* Doğal olaylar, entropiyi arttıracak yönde cereyan eder. Evrenin entropisi artmaktadır. 87* Mekânın genişlemesi, entropi kanununa irca edilebilir. 88* Hayat, entropiye karşı koyarak varlığa erme başarısını elde etmiştir. 89* Bir sistemin sıcaklığı ne kadar büyükse, entropisi o kadar büyüktür. 90* Buharlaşma, erime, çözünme, ısıtma gibi olaylar entropide artışa; yoğunlaşma, donma, çökme, sıcaklık düşmesi olaylar entropide düşüşe neden olur. 91* Doğal olaylarda ısı açığa çıkınca; 1. Sistemin (ürünlerin) entalpisi azalmaktadır. 2. Bağ enerjileri artmaktadır. 3. Entropi genelde büyümektedir.
MEKÂNIN GENİŞLEMESİ 92* Mekân, devamlı ve sürekli olarak genişlemektedir. Genişleme, iki türlü açıklanmaktadır: Birincisi; evrenin genişlerken parçalara ayrılması, bunun sonucunda da galaktik kütlelere dönüşmesidir. Einstein, bu genişlemeyi “Bilemediğimiz yerlerde değişik âlemler teşekkül ediyor.” cümlesiyle ifade etmiştir. Ancak, tam olarak açıklamamıştır. Evrenin genişlemesini ilk keşfeden George Lemaitre (1894– 1966) adlı bilim adamıdır. Belçika'da doğmuştur. Louvain Üniversitesi'nde astrofizik ve gök bilimi okumuş ve daha sonra Louvain Üniversitesi’ne gök bilim profesörü olarak atanmıştır. Lemaitre, Einstein'ın Genel Görelilik Kuramı'ndan yararlanarak evrenin genişlediğini söylemiştir. Evrenin, bir zamanlar bir atomun içinde sıkışmış olduğunu iddia etmiştir. Bu atomun parçalandığını ve her yana sıcak gazlar saçtığını öne sürmüştür. Buna Büyük Patlama (Big Bang) kuramı denir. Prof. Dr. Sir James Jeans (Sör Ceyms Jiyns) (1877– 15
1946), Albert Einstein (Elbırt Aynsstayn) (1879–1955) ve İngiliz astrofizikçi Arthur Stanley Eddington (1882–1944) gibi önemli ilim adamları evrenin genişlemesini kabul etmişlerdir ve savunmuşlardır. “Evrenin durmadan genişletildiği” çok önceleri zaten söylenmiştir. Evrenin genişleme hızı çok yüksektir; bu yüksekliğe, “durmadan genişleme” cümlesiyle işaret edilmektedir. Evrenin genişlemesini açıklayan ikinci görüşte; genişlemenin, galaksilerin kaçışıyla olduğu belirtilmektedir. Sonuçta her iki görüşte de genişlemeden söz edilmektedir.
MİNİMUM ENERJİ VE MAKSİMUM DÜZENSİZLİK 93* Doğal olaylarda minimum enerji yönü, ısının olduğu yöndür. Diğer yön ise maksimum düzensizlik yönüdür. Düzenlilik, ısının olduğu tarafa doğru tepkimenin yürümesi ile sağlanır. Doğal olaylar, zaten böyledir.
TERMODİNAMİK 2. YASASINDAN ÇIKARILMASI GEREKEN DERSLER 94* 95* 96* 97* 98*
Kusursuzluk Mükemmellik Sıfır israf Azami tasarruf Çevreye pozitif enerji yaymak
GÜNLÜK HAYATTA TERMODİNAMİK 2. YASASI VE VERİMLİLİK (ENTROPİ KANUNUYLA DÜNYAYA YENİ BİR BAKIŞ VEYA ENTROPİYE DAYALI BİR DÜNYA GÖRÜŞÜ) 16
99* Günümüzde entropi, kimya ilmiyle sınırlı bir kavram olmaktan çıkmıştır. 100* Sosyal yaşam, politika, psikoloji, teknoloji, aile hayatı vb. her alana girmiştir. Genel bir kanun olarak ele alınmaktadır. Çevrenin tahrip edilişi ve ekolojik dengenin bozulmasına karşı çözüm entropi kanununda yatmaktadır. 101* Entropi kanunu bize ekonomik enerjili durumu tercih etmeyi, azami tasarruf prensibine uymayı, israftan kaçınmayı, dengeli yaşamayı, doğal tepkimeleri örnek alarak her alanda ilerlemeyi tavsiye ediyor.
ENTROPİ VE MADDENİN SONU 3* Sıcak cisimler soğuyarak, soğuk cisimler de ısınarak ortak bir sıcaklığa gitmektedir. 4* Evrendeki bu değişim devam etmektedir. Evren ısı bakımından homojen hâle doğru gitmektedir. Soğuk odadaki bir soba, ısınacak kadar yakılıp söndürülse; oda ile kendi sıcaklığı arasında denge kurulana kadar ısı yayar. Bunun tersini, yani etrafa yayılan enerji miktarının tekrar sobada toplanmasını beklemek mümkün değildir. 5* Şu hâlde geriye dönmeyen bir olay söz konusudur. 6* Evrende ve günlük yaşamımızda buna benzer geriye dönmeyen olay çoktur. 7* Belli bir sıcaklıkta termodinamik kıyamet kopacaksa maddenin bir başlangıç sıcaklığı var demektir. Madde var edildiğinde maddeye bir başlangıç sıcaklığı tayin edilmiştir. Evrende hayat sürmektedir. Belirlenen son sıcaklığa kadar da dünya devam edecektir. 8* Şayet madde ezeli olsaydı (maddenin başlangıcı olmasaydı) çoktan ortak sıcaklığa ulaşılmış olacaktı. Başka bir ifadeyle kıyamet kopmuş olacaktı. Kopmadığına göre madde sonradan var edilmiştir. Öyleyse madde ezeli değildir. 9* Başlangıcı olanın sonu da olur. Madem son gelmemiştir, kıyamet kopmamıştır, ileride kopacağı muhakkaktır. 17
10* Bununla beraber kıyametin nerede ve nasıl yaşanacağı konusunda netlik yoktur. Bu nedenle iddiada bulunmamak lazımdır. Net detaylardan sakınmak gereklidir. 11* Eğer belirlenen yaşından önce, dıştan bir müdahale sonucu hastalık veya tahrip edici bir hadise dünyanın başına gelmezse ve doğal ömründen önce dünya bozulmazsa bilimsel bir hesap ile kıyametin zamanı bellidir. 12* Güneşin dünyadaki görevinin sona ermesi çeşitli şekillerde olabilir. Buna yüzündeki iki siyah leke de sebep olabilir. Bu iki siyah leke şimdilik küçüktür. Büyümeye yüz tutmuştur. Lekelerin büyümesi neticesinde güneşten dünyamıza gelen ısı ve ışık geriye alınacak, güneşin kendinde kalacaktır.
Modern ilimlere göre ısının değişmesi olayı son noktasına ulaşmış değildir. Şayet böyle bir şey olmuş olsaydı bugün biz yeryüzünde bulunup bu konu üzerinde düşünemezdik. Bu olay zamanla atbaşı yürümektedir. Bu sebeple evrenin bir başlangıcı vardır. Sözün kısası evrenin ezeli olması imkânsızdır. Prof. Dr. Sir James Jeans* (Sör Ceyms Jiyns) (1877–1946) * İngiliz fizikçi ve gök bilimci, en çok termodinamik ve ısı konuları ile ilgilendi. “Etrafımızdaki Kâinat” kitabı, termodinamik ve ısı konularıyla özellikle ilgilidir.
Gördüğümüz alev alev yanan güneş, pırıl pırıl parıldayan yıldızlar ve çeşitli hayat sahipleriyle dolup 18
taşan dünyamız bütünüyle evrenin belirli bir noktadan başladığını, muayyen bir zamanda var olduğunu açıkça göstermektedir. Prof. Dr. Frank Allen* (1908–2001) * Kanadalı fizikçi, İskoçya’da yaşadı.
Evren sonradan meydana gelmiş bulunmaktadır. Eğer maddenin başlangıcı olmasaydı (madde ezeli olsaydı) termodinamik kıyametin çoktan kopmuş olması lazımdı. Prof. Dr. Frank Allen
EKSERJİ NEDİR? 102* Ekserji, bir sistemin sahip olduğu kullanılabilir iş potansiyelidir. Bir sistemin herhangi bir termodinamik yasaya aykırı olmaksızın sağlayabileceği maksimum işi ifade eder. 103* Enerjinin sadece bir bölümü işe çevrilebilir. Toplam enerjinin kullanılabilen kısmı ekserjidir. 104* Ekserji, enerjinin işe çevrilebilme potansiyelidir. Bir kaynaktan elde edilebilecek maksimum işi ifade eder. 105* Bir hâl değişimi sırasında kaybedilen iş potansiyeli, ekserji kaybı olarak tanımlanır. Ekserji kayıpları ne kadar az ise üretilen iş o kadar fazladır. 106* Ekserji, ikinci termodinamik yasasına dayanır. 107* Ekserji analizi sonuçları, sistem performansının iyileştirilmesinde kullanılır.
19
SOĞUTMA SUYU NEDENİYLE NÜKLEER ENERJİYE KARŞI ÇIKMAK DOĞRU MUDUR? 108* Entropi kanunu öğretisi; açığa çıkan enerjiyi değerlendirmeyi, en faydalı hâlde muhafaza etmeyi ve israf etmemeyi gerekli kılmaktadır. Bu doğrudur. 109* İtiraz edenler; su buharının, suya dönüştürülmesi esnasında kaybolan enerjiye itiraz etmektedirler. 110* Bu ise (soğutma suyu nedeniyle kaybolan enerji) ihmal edilebilir boyuttadır. 111* Bu nedenle, bu konuyu bahane ederek nükleer enerjiye karşı çıkmak yersizdir. 112* Temennimiz ileride bu israfın da önüne geçilmesidir.
KAR YAĞDIĞI İÇİN Mİ HAVA SOĞUR, YOKSA HAVA SOĞUK OLDUĞUNDAN MI KAR YAĞAR? 113* 114* 115* 116* 117* 118*
Hava soğuk olduğundan kar yağar. H2O(s) → H2O(k) + ısı Böylece hava ısınmış olur. Karın sayısız faydaları vardır. Kar, H2O(k) demektir. Donma olayı, ekzotermik reaksiyondur.
SICAK KARPUZ KESİLİNCE NİÇİN SOĞUR? 119* Sıcak bir karpuzun içindeki su, kesilmeden önce buharlaşamaz. Karpuz kesildiğinde ise su buharlaşır. Su buharlaşırken, karpuzun içindeki ısıyı alır. Isısı alınan karpuzun sıcaklığı düşer; böylece karpuz yaklaşık 10–15 dakika sonra tam yeme kıvamında soğukluğa gelir. H2O(s) + ısı → H2O(g)
20
ENERJİ İLE ISI AYNI MIDIR? 10* Isı enerji birimidir. 11* Ancak maddenin sahip olduğu enerjiyi göstermez. 12* İki sistem arasında enerji alış verişi olunca ısı söz konusu olur; bu esnada evrenin toplam enerjisi değişmez, sabit kalır. 13* Alınıp verilen şey enerjidir. Ancak enerji yerine ısı diyoruz. 14* Enerji yerine ısı diyoruz diye de “Enerji ile ısı aynıdır.” diyemeyiz; çünkü enerji her zaman vardır, ısı ise enerji alınıp verilince ortaya çıkar. 15* Maddenin ısısı olmaz. Maddenin ısısından söz edebilmek için sıcaklıkları farklı iki durumun olması gerekir. 16* “Maddenin toplam enerjisi” denir. 17* “Maddenin toplam ısısı” denemez.
MADDENİN TOPLAM ENERJİSİ HESAP EDİLEBİLİR Mİ? 120*
Edilemez.
121*
ET = EM (EP + EK) + EİÇ (EP + EK)
122*
EİÇ = EÖTELEME (EK) + EDÖNME (EP + EK) + ETİTREŞİM (EK) + EÇEKİM
123* E = mc2 ile hesaplanan enerjiye EP denilebilir. Ancak farklı bir boyuttur. 124* EİÇ hesap edilemez. 125* Bir kişinin maddi zenginliği hesap edilse bile zenginlik denince akla; beyin, duygu, akıl, fikir, idrak, kavrama, hafıza vb. her türlü zenginlik geldiğinden iç zenginlik hesap 21
edilemez.
ISI ALIŞ VERİŞİ NİÇİN OLUR? SICAKLIK NASIL ÖLÇÜLÜR? 126* Isı alış verişi sistemler arasındaki sıcaklık farkından dolayı olur. 127* Sıcaklığını ölçmek istediğimiz suyun içine termometreyi daldırırız. Sıcak suyun kinetik enerjisi fazladır. Bu enerji, önce termometre camına aktarılır. Camdan da termometrenin içine aktarılır. Termometrenin içindeki cıva atomları daha hızlı hareket ettiğinden yükselir. Böylece sıcaklık ölçülmüş olur.
SICAKLIĞI ÖLÇMEK SURETİYLE NE YAPMIŞ OLUYORUZ? 128* Her bir taneciğin EİÇ’leri, başka bir ifadeyle tek tek EK’leri farklı farklıdır. 129* Bu nedenle taneciklerin ortalama EK’leri deniyor. 130* Taneciklerin hepsi hareketlidir. EK’leri vardır. Hareket ısıyı doğurur. Isı, sıcaklığı yükseltir. 131* Sıcaklığı ölçmekle taneciklerin ortalama EK’leri karşılaştırmış, derecelendirmiş oluyoruz.
TERMODİNAMİK III. YASA 132* Saf maddelerin kusursuz kristalinin 0 K’de entropisi 0’dır.
22