Entalpi, Entropi ve Serbest Enerji Kavramları

Termodinamik, enerji ve düzen kavramlarını açıklamak için entalpi, entropi ve serbest enerji gibi temel büyüklükleri kullanır. Bu kavramlar, kimyasal reaksiyonların ve fiziksel olayların enerji dönüşümlerini anlamak için kritik öneme sahiptir.

Entalpi (H)

Entalpi, bir sistemin toplam ısı enerjisini temsil eden termodinamik bir büyüklüktür. Özellikle sabit basınç altında gerçekleşen süreçlerde, sisteme eklenen veya sistemden çıkan ısı miktarını ölçer. Matematiksel olarak entalpi şu şekilde ifade edilir:

$H=U+P×VH = U + P \times V$

Burada;

$HH$ : Entalpi (joule, kalori)
$UU$ : İç enerji
$PP$ : Basınç
$VV$ : Hacim

Entalpi değişimi ( $ΔH\Delta H$ ) reaksiyonların endotermik (ısı alan) veya ekzotermik (ısı veren) olduğunu belirler. Pozitif $ΔH\Delta H$ ısı alındığını, negatif $ΔH\Delta H$ ise ısı verildiğini gösterir.

Entropi (S)

Entropi, bir sistemin düzensizliğinin veya rastgeleliğinin ölçüsüdür. Termodinamiğin ikinci yasasına göre, kapalı bir sistemde entropi genel olarak artma eğilimindedir; bu da doğadaki olayların geri dönüşü olmayan yönünü açıklar.

Entropi değişimi şu şekilde ifade edilir:

$ΔS=QtersT\Delta S = \frac{Q_{\text{ters}}}{T}$

Burada;

$ΔS\Delta S$ : Entropi değişimi (J/K)
$QtersQ_{\text{ters}}$ : Tersinir süreçte sistemin aldığı ısı
$TT$ : Mutlak sıcaklık (Kelvin)

Yüksek entropi, sistemdeki düzensizliğin arttığını gösterir. Örneğin, buzun eriyerek su hâline geçmesi entropide artışa neden olur.

Serbest Enerji (G)

Serbest enerji, bir kimyasal reaksiyonun veya fiziksel sürecin kendiliğinden olup olmayacağını belirleyen termodinamik potansiyeldir. En yaygın kullanılan serbest enerji türü Gibbs serbest enerjisi (G)’dir ve şu şekilde tanımlanır:

$G=H−T×SG = H – T \times S$

Burada;

$GG$ : Gibbs serbest enerjisi
$HH$ : Entalpi
$TT$ : Mutlak sıcaklık
$SS$ : Entropi

Serbest enerji değişimi ( $ΔG\Delta G$ ) sürecin spontane olup olmadığını gösterir:

$ΔG<0\Delta G < 0$ : Reaksiyon kendiliğinden gerçekleşir (spontan).
$ΔG=0\Delta G = 0$ : Sistem denge halindedir.
$ΔG>0\Delta G > 0$ : Reaksiyon kendiliğinden gerçekleşmez.

Termodinamik Süreçlerde Bu Kavramların Rolü

Entalpi: Reaksiyonun ısı alışverişini tanımlar.
Entropi: Sistemin düzensizliği ve enerji yayılımını gösterir.
Serbest Enerji: Reaksiyonun gerçekleşebilirliğini belirler.

Bu kavramlar, kimyasal reaksiyonlar, biyokimyasal süreçler, faz değişimleri ve enerji dönüşümleri gibi birçok alanda kullanılır.

Özetle

Entalpi, entropi ve serbest enerji, termodinamikte enerjinin şekil değiştirmesi ve sistem düzeninin nasıl değiştiğini anlamak için kritik öneme sahip kavramlardır. Entalpi ısı değişimini, entropi düzensizliği, serbest enerji ise sürecin kendiliğindenliğini belirler. Bu kavramlar sayesinde doğadaki enerji dönüşümleri ve reaksiyonların yönü açıklanabilir.

Anahtar Kelimeler: entalpi, entropi, serbest enerji, gibbs enerjisi, termodinamik, spontane reaksiyon, enerji dönüşümü, düzensizlik

2 June 2025