Kimyasal Tepkimelerde Hız → 2. Bölüm

Örnek:

• 4NO_2(g) + O_2(g) →  2N₂O_5(g)
  tepkimesinin:
  • Hız bağıntısı:
    • r = k.[NO₂]⁴.[O₂]
  • Tepkime NO₂‘ye göre 4. derecedendir.
    • Mesela NO₂‘nin derişimi 2 kat artarsa tepkime 16 (2⁴) kat hızlanır.
  • Tepkime O₂‘ye göre 1. derecendir.
    • Mesela O₂‘nin derişimi 2 kat artarsa tepkime 2 kat hızlanır.

Örnek:

• Zn_(k) + 2HCl_(suda) →  ZnCl_2(suda) + H_2(g)
  tepkimesinin:
  • Hız bağıntısı:
    • r = k.[HCl]²
  • Tepkime HCl’ye göre 2. derecedendir.
    • Mesela HCl‘nin derişimi 2 kat artarsa tepkime 4 (2²) kat hızlanır.
  • Tepkime, Zn’ye göre 0. derecedendir.
    • Zn tepkime hızını etkilemez.

• Hız bağıntısındaki maddelerin üslerinin toplamına tepkimenin derecesi denir.

• Girenlerin katsayılarının toplamına tepkimenin moleküleritesi denir.
  • Unimoleküler tepkime: Moleküleritesi 1’dir.
  • Dimoleküler (bimoleküler) tepkime: Moleküleritesi 2’dir.
  • Trimoleküler tepkime: Moleküleritesi 3’tür…
  • Tetramoleküler tepkime: Moleküleritesi 4’tür…

Örnek:

Tepkime:

4NO_2(g) + O_2(g) →  2N₂O_5(g)

• r = k.[NO₂]⁴.[O₂]
• Maddelerin üsleri toplamı 4+1 = 5 yapar.
  • Tepkime 5. derecedendir.
• Tepkimenin moleküleritesi: 5

Örnek:

Tepkime:

CaCO_3(k) →  CO_2(g) + CaO_(k)

• r = k
• Hız ifadesinde, madde yok.
  • Bu yüzden, tepkime 0. derecedendir.
• Tepkimenin moleküleritesi: 1

Örnek:

4NO_2(g) + O_2(g) →  2N₂O_5(g)

Yukarıda verilen tepkimenin hız sabitinin birimi aşağıdakilerden hangisidir?

A) L . mol^-1 . s^-1
B) L² . mol^-2 . s^-1
C) L³ . mol^-3 . s^-1
D) L⁴ . mol^-4 . s^-1
E) L⁵ . mol^-5 . s^-1

• Birden çok tepkimenin toplamı şeklinde gerçekleşen tepkimelere çok basamaklı (adımlı-mekanizmalı) tepkimeler denir.
• Mekanizmalı tepkimelerin basamaklarına tepkimenin izlediği yol denir.
• Basamaklar toplanınca net tepkime elde edilir.
  • Toplarken aynı maddeler karşılıklı olarak sadeleştirilir.
• Net tepkimenin hız bağıntısı yavaş adımın hız bağıntısına eşittir.

Örnek:

• Net tepkimenin hız bağıntısı:
  • r = [NO₂].[F]

Örneğin:

1. Basamak: NO_(g) + Br_2(g) →  NOBr_2(g) (Yavaş)
2. Basamak: NO_(g) + NOBr_2(g) →  2NOBr_(g) (Hızlı)

Yukarıda mekanizması verilen tepkimenin denklemini ve hız bağıntısın bulunuz.

Ara Ürün ve Katalizör

• Katalizör: Tepkimeleri hızlandırmak için kullanılan kimyasallardır.
  • Tepkimeden girdiği gibi çıkar.
  • Tepkimeler toplanırken sadeleşir.

• Ara ürün: Bir basamakta oluşu diğerinde harcanan kimyasaldır.
  • Önce çıkar sonra girer.
  • Tepkimeler toplanırken sadeleşir.

Örnek:

Aşağıda, mekanizmalı bir tepkimenin adımları (basamakları da denir) verilmiştir.

Buna göre, bu tepkime için aşağıdaki soruları cevaplayınız.

a) Net tepkimeyi bulunuz.
b) Ara ürünleri bulunuz.
c) Tepkimenin katalizörünü bulunuz.

Tek Basamaklı Tepkime

Çok Basamaklı (Mekanizmalı) Tepkime

• Tepe sayısı basamak sayısını verir.
  • Çukurların dibi, bir basamağın bittiği diğerinin başladığı noktalardır.
• İleri aktifleşme enerjisi düşük olan basamak daha hızlıdır.

Yanda grafiği verilen kimyasal tepkime için, aşağıdaki soruları cevaplandırınız.

I) Basamak sayısı kaçtır?
II) 2. basamağın ileri aktifleşme enerjisi kaçtır?
III) 3. basamağın tepkime denklemi nedir?
IV) 1. basamağın geri aktifleşme enerjisi kaçtır?
V) 2. basamağın tepkime ısısı kaçtır?
VI) 2. basamağın geri tepkimesinin ileri aktifleşme enerjisi kaçtır?
VII) Net tepkime denklemi nedir?
VIII) Tepkimenin hızını belirleyen basamak hangisidir?
IX) Tepkimenin hız bağıntısı nedir? (Bütün maddeler gazdır.)

• Tepkime hızı şunlardan etkilenir:
  1. Madde Cinsi
  2. Derişim
  3. Sıcaklık
  4. Basınç-Hacim
  5. Temas Yüzeyi
  6. Katalizör

1. Madde Cinsi

1. Asit-baz tepkimeleri, çökelme tepkimeleri zıt yüklü iyonlar arasında gerçekleşir ve çok hızlı tepkimelerdir.
2. Atomların yüklerinin değiştiği tepkimeler (redoks tepkimeleri), hızlı tepkimelerdir.
3. Gazların tepkimeleri katı ve sıvıların tepkimelerinden daha hızlıdır.

• Reaktiflerin (girenlerin) katsayıları büyüdükçe tepkimeler yavaşlar.

2. Derişim

• Katı ve sıvıların derişimleri sabittir.
  • Bu yüzden hızı etkilemezler.
  • Hız bağıntısına da girmezler.
• Hız bağıntısına giren her bir madde (gaz ve suda çözünmüş maddeler), bağıntıdaki üssü ile orantılı olarak hızı etkiler.

Örnek:

r = k . [A] . [B]² . [C]³

Hız bağıntısı yukarıdaki gibi olan bir tepkime için aşağıdaki soruları cevaplandırınız.

I) A’nın derişimi 4 kat artarsa tepkime kaç kat hızlanır?
II) B’nin derişimi 3 katına çıkarsa tepkime kaç kat hızlanır?
III) A’nın derişimi 3 kat, C’nin ise 2 kat artarsa tepkime kaç kat hızlanır.
IV) A, B ve C’nin derişimleri yarıya inerse tepkime kaç kat yavaşlar?

Aşağıdaki tabloda, 2NO_(g) + F_2(g) →  2NOF_(g) tepkimesine ait deney sonuçları verilmiştir.

3. Hacim

• Hacim, sadece gazların hızlarını etkiler.
  • Hacim değişikliği Molariteyi etkiler, o da hızı etkiler.
  • Molarite ile hacim ters orantılıdır.
    • Hacim kaç kat azalırsa molarite o kadar kat artar.

Örnek:

Sürtünmesiz ideal bir pistonda, A_2(g) + B_2(g) → 2AB_(g) tepkimesi gerçekleşirken kaba, aşağıdaki etkiler yapılıyor.

I) Piston yukarı çekiliyor.
II) Sabit sıcaklıkta, sisteme He gazı ekleniyor.
III) Piston sabitlenip, sıcaklık arttırılıyor.

Buna göre tepkimeye yapılan bu etkiler, tepkime hızını nasıl etkiler?

• Sıcaklık artışı:
  • Bütün tepkimeleri hızlandırır.
  • Hız sabitini (k) arttırır.
  • Ortalama kinetik enerji arttırır.
  • Kimyasal türlerin hızını arttırır.
  • Etkin çarpışma sayısın arttırır.

• Molekül kesri- Kinetik enerji grafiğinde:
  • Eşik enerjisi (Ea) değerinden sonraki taralı alan ne kadar büyükse sıcaklık o kadar yüksektir.

5. Katalizör

• Grafikler; A_2(g) + B_2(g) → 2AB_(g) tepkimesine aittir.
  • Mavi grafik katalizörsüz
  • Kırmızı grafik katalizörlü tepkimedir.

• Bir kimyasal tepkimeye ait, Molekül kesri- Kinetik enerji grafiğinde, birden çok aktivasyon (Ea) enerjisi varsa:
  • Düşük olan Ea değeri değeri katalizörlü tepkimeye aittir.

• Katılar ne kadar tozlaşırsa,
• Maddeler katıdan gaza doğru gittikçe
  temas yüzeyi artar.
• Temas yüzeyinin artması,
  • Tepkimeleri hızlandırır.
    • Çünkü; temas yüzeyi ne kadar çok ise, maddelerin kimyasal türleri arasında o kadar çok çarpışma gerçekleşir.
  • Hız sabitini arttırır.

• Demir tozu demir kalıplarından daha hızlı tepkime verir.