Kimyasal tepkimelerin çok büyük bir kesiminde ısı enerjisinde bir değişim olmaktadır. Kimya biliminde bu durum ile ilgili olan konularla termokimya ilgilenir. Termokimyanın ısı ve sıcaklık ile ilgili yasalarına termodinamik yasaları denilmektedir. Enerji aktarımının gerçekleştiği olaylarda termodinamik yasaları geçerlidir. Termodinamik yasalarına geçmeden önce ısı ve sıcaklık kavramlarını inceleyelim.
Isı ve Sıcaklık Kavramları
Sıcaklık, bir maddeyi oluşturan taneciklerin ortalama hareket enerjisidir. Isı ise sıcaklık farkından dolayı iki madde arasında transfer edilen enerjinin adıdır. Sıcaklık bir enerji değildir. İki maddenin sıcaklıkları farklı olması halinde sıcak olan maddeden soğuk olan maddeye ısı geçişi olur ve bu ısı geçişi iki maddenin sıcaklıkları eşitleninceye kadar devam eder.
Sıcaklık termometre ile ölçülür ve ölçüm aletinin sonucuna göre birimlere sahiptir. Isının birimi ise joule veya kalori (cal) dir. Bir maddenin sahip olduğu toplam ısı direkt olarak bir ölçüm cihazıyla ölçülemez; ancak matematiksel olarak aktarılan ısı hesabı yapılabilir.
- Q = aktarılan ısı miktarı
- m = maddenin kütlesi
- c = maddenin öz ısısı
- Δt = maddenin sıcaklık değişimi
- t = maddenin son durumdaki sıcaklığı
- t = maddenin ilk durumdaki sıcaklığı
Termodinamik Yasaları
Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası
Termodinamiğin birinci yasası“İki farklı madde üçüncü bir madde ile termal dengede ise bu iki madde de birbiri ile termal dengededir. Bu durumda araların da ısı alışverişi olmaz ve sıcaklıkları eşittir.” olarak tanımlanır.
Termometreler, termodinamiğin sıfırıncı yasasına göre çalışmaktadır. Termometre bulunduğu sistem ile termal denge içerisindedir. Bu yüzden termometreye bakarak sistemin sıcaklığı ile ilgili yorum yapabilmekteyiz.
Termodinamiğin Birinci Yasası
Termodinamiğin birinci kanunu enerjinin korunumu kanunudur. Enerji yoktan var edilemez aynı şekilde de var olan enerji yok edilemez. Enerji ancak enerjinin başka formlarına dönüşebilir. Yani evrenin iç enerjisi sabittir.
Termodinamiğin birinci yasasının bir sonucu olarak sistem ile çevrenin enerji değişimleri toplamı sıfır olmak zorundadır, çünkü enerji yoktan var edilemez ve var olan bir şey de yok edilemez. Bu durumu formülleştirirsek;
Termodinamiğin İkinci Yasası
Termodinamiğin ikinci yasası istemli olaylarla ve entropiyle (düzensizlik) ilgilenir. Termodinamiğin ikinci yasasına göre evrenin entropisi düzenli olaylarda artar, denge halindeki bir olayda ise değişmeden kalır.
Termodinamiğin II. Kanunu şu şekilde ifade edilir : ”Her istemli olayda evrenin toplam entropisi artar ve evren zaman geçtikçe bir denge haline yaklaşır.”
İstemli olay kendiliğinden gerçekleşen bir olaydır. Entropi ise düzensizliktir. Entropi katılarda daha az iken, sıvılarda katılara göre daha fazladır. Sistem ve çevreden oluşan entropi şu şekilde ifade edilir.
Termodinamiğin Üçüncü Yasası
Termodinamiğin üçüncü yasası: Mutlak sıfır derece sıcaklıkta kusursuz bir kristalin mutlak entropisi sıfırdır.
Termodinamiğin ikinci yasası ile üçüncü yasası arasındaki fark şudur; ikinci yasada entropi değişimini istemli olaylar ile ilişkilendirerek açıklamıştır; ancak üçüncü yasada mutlak olarak entropiyi doğrudan ölçme üzerinde durulmuştur.
