H2'nin standart oluşum entalpisi 0 iken H2O'nun -241.8 kJ/mol. Bunun nedeni nedir?

H2 gazının standart oluşum entalpisinin sıfır olması kimyasal bir referans kabulüdür. Termodinamikte elementlerin oda koşullarındaki en kararlı halleri başlangıç noktası olarak sıfır kabul edilir. Suyun standart oluşum entalpisinin eksi 241,8 kJ/mol olması ise hidrojen ve oksijen birleştiğinde dışarıya enerji vererek çok daha düşük enerjili ve kararlı bir yapıya ulaştığını gösterir. Doğada suyun serbest hidrojene kıyasla bu kadar bol bulunması da tam olarak bu kararlılığın ve kütleçekimsel dinamiklerin bir sonucudur.

Sınıfta tahtaya entalpi değerlerini yazdığım günlerde öğrencilerden genellikle "Öğretmenim sıfırsa bu gazın içinde hiç mi enerji yok?" gibi itirazlar gelir. Buradaki sıfır mutlak bir enerji yokluğu değildir, tıpkı haritalarda deniz seviyesini sıfır metre kabul etmemiz gibi bir başlangıç çizgisidir. Hidrojen gazının kendi kimyasal bağlarında potansiyel enerji bulunur ancak bileşiklerin enerjisini kıyaslamak için elementlerin saf halini referans noktası alırız.

Hidrojen ile oksijen birleşip suyu oluşturduğunda ortama yüksek miktarda ısı yayılır. Eksi işaretli entalpi, suyun kimyasal potansiyel enerjisinin kendisini oluşturan elementlere göre daha aşağıda olduğunu, yani derin bir enerji çukuruna indiğini anlatır. Aslında sezginiz bu noktada gayet doğru çalışıyor. Maddeler düşük enerjili ve kararlı formlara geçme eğilimindedir, bu yüzden su molekülü kendisini oluşturan serbest gazlara göre termodinamik açıdan çok daha kararlıdır.

Atmosferde serbest H2 gazının neredeyse hiç bulunmamasının bir diğer önemli nedeni ise gezegenimizin kütleçekimidir. Hidrojen evrendeki en hafif moleküldür ve kinetik hızı yüksektir. Dünya'nın yer çekimi bu kadar hafif bir gazı atmosferde tutamaz, serbest kalan hidrojen atmosferin üst katmanlarından uzaya kaçar. Fakat oksijenle birleşip su oluşturduğunda hem çok daha ağır bir moleküle dönüşür hem de yoğunlaşarak yeryüzünde kalır.