Aşağıdaki tepkimelerden hangisi hem $ \Delta H < 0 $ hem de ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerin potansiyel enerjisinden daha düşüktür?
A) $ \text{N}_2\text{O}_4 \text{(g)} \to 2\text{NO}_2 \text{(g)} $ (Endotermik)
B) $ \text{H}_2\text{O} \text{(s)} \to \text{H}_2\text{O} \text{(g)} $ (Endotermik)
C) $ \text{CH}_4 \text{(g)} + 2\text{O}_2 \text{(g)} \to \text{CO}_2 \text{(g)} + 2\text{H}_2\text{O} \text{(g)} $ (Ekzotermik)
D) $ \text{CaCO}_3 \text{(k)} \to \text{CaO} \text{(k)} + \text{CO}_2 \text{(g)} $ (Endotermik)
E) $ \text{H}_2 \text{(g)} + \text{I}_2 \text{(g)} \to 2\text{HI} \text{(g)} $ (Endotermik)
Bir kimyasal tepkimenin enerji değişimi, entalpi değişimi ($ \Delta H $) ile ifade edilir. Bu değişim, tepkimeye giren maddelerin (girenler) ve tepkime sonucunda oluşan maddelerin (ürünler) potansiyel enerjileri arasındaki farkı gösterir.
- Endotermik Tepkimeler: Bu tepkimelerde sistem çevresinden ısı alır. Bu durumda ürünlerin potansiyel enerjisi, girenlerin potansiyel enerjisinden daha yüksektir. Entalpi değişimi $ \Delta H > 0 $ olur.
- Ekzotermik Tepkimeler: Bu tepkimelerde sistem çevreye ısı verir. Bu durumda ürünlerin potansiyel enerjisi, girenlerin potansiyel enerjisinden daha düşüktür. Entalpi değişimi $ \Delta H < 0 $ olur.
Soru, hem $ \Delta H < 0 $ olmasını hem de ürünlerin potansiyel enerjisinin girenlerin potansiyel enerjisinden daha düşük olmasını istemektedir. Bu iki ifade aslında aynı anlama gelmektedir: tepkimenin ekzotermik olması gerekmektedir. Şimdi seçenekleri inceleyelim:
- A) $ \text{N}_2\text{O}_4 \text{(g)} \to 2\text{NO}_2 \text{(g)} $ (Endotermik): Bu tepkime endotermik olarak belirtilmiştir, yani $ \Delta H > 0 $ ve ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerden daha yüksektir. Bu nedenle sorudaki koşulu sağlamaz.
- B) $ \text{H}_2\text{O} \text{(s)} \to \text{H}_2\text{O} \text{(g)} $ (Endotermik): Bu, suyun buharlaşma tepkimesidir. Buharlaşma, enerji gerektiren (ısı alan) bir olaydır, yani endotermiktir ($ \Delta H > 0 $). Bu nedenle sorudaki koşulu sağlamaz.
- C) $ \text{CH}_4 \text{(g)} + 2\text{O}_2 \text{(g)} \to \text{CO}_2 \text{(g)} + 2\text{H}_2\text{O} \text{(g)} $ (Ekzotermik): Bu, metan gazının yanma tepkimesidir. Yanma tepkimelerinin çoğu (istisnalar hariç) çevreye ısı veren, yani ekzotermik tepkimelerdir. Belirtildiği gibi bu tepkime ekzotermiktir, yani $ \Delta H < 0 $ ve ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerden daha düşüktür. Bu nedenle sorudaki koşulu sağlar.
- D) $ \text{CaCO}_3 \text{(k)} \to \text{CaO} \text{(k)} + \text{CO}_2 \text{(g)} $ (Endotermik): Bu, kalsiyum karbonatın ayrışma tepkimesidir. Ayrışma tepkimeleri genellikle enerji gerektiren (ısı alan) tepkimelerdir, yani endotermiktir ($ \Delta H > 0 $). Bu nedenle sorudaki koşulu sağlamaz.
- E) $ \text{H}_2 \text{(g)} + \text{I}_2 \text{(g)} \to 2\text{HI} \text{(g)} $ (Endotermik): Bu tepkime endotermik olarak belirtilmiştir, yani $ \Delta H > 0 $ ve ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerden daha yüksektir. Bu nedenle sorudaki koşulu sağlamaz.
Yukarıdaki incelemeler sonucunda, sadece C seçeneğindeki tepkimenin hem $ \Delta H < 0 $ koşulunu sağladığı hem de ürünlerin potansiyel enerjisinin girenlerin potansiyel enerjisinden daha düşük olduğu görülmektedir.
Cevap C seçeneğidir.
