Kimyasal kinetik ve denge

Report
KİMYASAL KİNETİK VE KİMYASAL DENGE
KİMYASAL KİNETİK
Kimyasal kinetik bir kimyasal reaksiyonun ne
kadar hızlı yürüdüğünü ve hangi mekanizma ile
oluştuğunu inceleyen bilim dalıdır. Orta hızlı
reaksiyonların hızları ve mekanizmalarını
incelemek kimyasal kinetiğin konusunu oluşturur.
Aktivasyon Enerjisi
Bir reaksiyon başladıktan sonra iç enerjisi artar ve bir
ara ürün oluşur. Sonra bu ara ürün parçalanarak
ürünlere dönüşür. Reaksiyona giren maddeler birbirine
yaklaşarak önce potansiyel enerjileri yükselir. Bir
maksimumda geçiş hali ara ürünü oluşumu. Sonra ara
ürün çok kısa bir zaman sonra ürünlere bölünür. Geçiş
hali ara ürünü ile başlangıç maddeleri enerjileri
arasındaki farka aktivasyon enerjisi (Ea) denir ve
reaksiyonun gerçekleşebilmesi için başlangıç
maddelerinin sahip olması gereken en düşük
(minimum) enerji olarak tarif edilir. Aktivasyon enerjisi
sıcaklıkla ters orantılı olarak değişir. Sıcaklık
yükseldikçe aktivasyon enerjisi azalır.
Geçiş hali ara ürünü ile
başlangıç maddeleri enerjileri
arasındaki farka aktivasyon
enerjisi (Ea) denir.
Basit Reaksiyonlar
Bir tek reaksiyon adımından ibaret olan reaksiyonlar
basit reaksiyonlardır. Basit reaksiyonlar, başlangıç
maddelerinin molekül sayısına (molekülaritelerine) göre
sınıflandırılırlar. Tek bir başlangıç maddesi, A ürünler
gibi olan reaksiyonlara unimoleküler; iki başlangıç
maddeli, A + B  ürünler, gibi olanlara bimoleküler; üç
başlangıç maddeli, A + 2B  ürünler gibi olan
reaksiyonlara da termoleküler reaksiyonlar denir.
Reaksiyon Hızları
Bir işlemin hızı birim zamanda değişen
miktar olarak tarif edilir. Bir kimyasal
reaksiyon için hız da birim zamanda bir
ürün veya bir başlangıç maddesindeki
konsantrasyonunda ki değişme olarak
tarif edilir.
Genel reaksiyonu için genel
olarak reaksiyon hızı ifadesi:
Reaksiyon Mertebeleri
Bir reaksiyonun mertebesi deneyle bulunur.
Reaksiyon mertebesi, hız denkleminde
başlangıç maddelerinin konsantrasyonlarının
üsleri toplamı olarak tarif edilir.
Basit reaksiyonların hız
bağıntıları ve mertebeleri
Sıfırınca Mertebe Reaksiyonlar
Reaksiyon hızı başlangıç maddesinin
konsantrasyonuna bağlı olmayan
reaksiyonlardır. Hız baştan sona sabit bir
değerde kalır:
Hız = k[A] = k
Birinci Mertebe Reaksiyonlar (I.)
Sadece tek başlangıç maddeli
reaksiyonlardır. Birinci mertebe
reaksiyonlar için hız ifadesi:
Birinci Mertebe Reaksiyonlarının
Yarılanma Ömrü (t1/2)
Bir maddenin başlangıçtaki
miktarının yarıya inmesi için geçen
zamana yarılanma ömrü denir. Birinci
mertebe reaksiyonlar için
yarılanma ömrü:
İkinci Mertebe Reaksiyonlar (II.)
İkinci mertebe reaksiyonlar,
2A  ürünler
A + B  ürünler için
için Hız = k [A]2
Hız = k [A] [B]
Yalancı I. reaksiyonlar
A+B  ürünler reaksiyonunda şayet başlangıç
maddelerinden birinin değişimi diğerine göre çok
büyük ise (A B hali) reaksiyon sanki birinci
mertebedenmiş gibi yürür ve böyle reaksiyonların
hızları birinci mertebe reaksiyon hız bağıntıları ile
hesaplanır.
Reaksiyon Mertebelerinin Belirlenmesi
Reaksiyon mertebelerinin tayini çok büyük önem taşır.
Mertebe tayininde reaksiyonun önce basit veya
karmaşık bir reaksiyon olup olmadığı ayırımı
yapılmalıdır.
1. Basit reaksiyonlarda mertebe tayini
Denkleşmiş denklemin başlangıç maddelerinin
katsayıları hız denkleminde üs olarak alınır:
A + 2B  ürünler
hız = k [A] [B]2 dir.
2. Başlangıç hızları yöntemi ile
mertebe tayini
Başlangıç hızları yönteminde deneysel
hız bağıntısını bulmak için bir seri deney yapılır.
3. Grafik yöntemi ile reaksiyon
mertebesinin bulunması:
Sıfırıncı mertebe hariç birinci ve ikinci
mertebeden reaksiyonların zaman-derişim
grafikleri birer eğridir. Ancak bu bağıntılar
y=mx+n genel doğru denklemine göre
düzenlenerek hız ifadeleri doğru denklemleri
cinsinden verilebilir.
1.mertebe
2.Mertebe
SO2Cl2’nin 320°C deki parçalanma reaksiyonu aşağıdaki gibidir. Grafik yardımı ile zamana göre derişim azalm
verilen SO2Cl2’nin reaksiyonunun kaçıncı dereceden olduğunu bulunuz.
Zaman (t)
0
100
200
300
500
[SO2Cl2] (A)
0,045
0,039
0,035
0,030
0,023
Cevap: 1.derece
Bu tür problemlerde reaksiyonun kaçıncı
dereceden olduğunu bulabilmek için ilk
yapılması gereken zamanın (t) ; [A]’ ya,
log [A]’ ya ve 1/[A]’ ya karşı grafiğinin
çizilmesidir.
t ‘nin [A]’ ya karşı çizilen grafiği lineer ise
reaksiyon sıfırıncı dereceden,
t log [A] ‘ya karşı çizilen grafiği lineer ise
reaksiyon birinci dereceden,
t 1 / [A] ‘ ya karşı çizilen grafiği lineer ise
reaksiyon ikinci derecedendir.
Reaksiyon Hızını
Değiştiren Etkenler
1. Sıcaklık
Arrhenius bağıntısı ile verilir:
2. Temas Yüzeyi:
Temas yüzeyi arttıkça reaksiyon hızı da artar. Bu
yüzden katı maddelerin heterojen reaksiyonlarına katı
madde ne kadar ufaltılarak, öğütülmüş parçalar
halinde reaksiyona sokulursa reaksiyon hızı da o
derece yüksek olur.
3. Katalizör:
Bir kimyasal reaksiyonun hızını artıran ve reaksiyonun
sonunda da aynen geri kalan maddelere katalizör adı
verilir. Katalizör, reaksiyonun denge karışımındaki
konsantrasyonlarını asla değiştirmez sadece dengeye
gelme zamanını kısaltır.
4. Derişim:
Reaksiyon hızı üzerine konsantrasyonun etkisi hız
bağıntılarından kolayca anlaşılabilir: 0. Reaksiyonlarda
konsantrasyonun etkisi yoktur. I. Reaksiyonlarda
konsantrasyonun birinci kuvveti, II. Reaksiyonlarda
konsantrasyonun ikinci kuvveti ile doğru orantılıdır.
KİMYASAL DENGE
Bir miktar kalan başlangıç maddeleri ile
oluşan ürünlerin derişimleri artık
değişmeksizin kaldığı duruma reaksiyon
dengededir (çift yönlü reaksiyonlar).
Denge Sabiti
Genel bir çift yönlü reaksiyonda
Geri reaksiyon hızı dengede ileri reaksiyon hızına eşittir. Buna göre,
yazılabilir. Burada ileri hız sabitinin geri hız sabitine oranına denge
sabiti (K) denir.
Denge sabitinin değeri sıcaklığa bağlıdır.
Denge sabiti ifadesinde saf sıvı ve saf katılarla
çözücülerin
konsantrasyonu
sabit
olduğundan
yazılmaz.
Reaksiyon
Denge İfadesi
Denge tipi
N2(g)+ H2(g)  2NH3(g)
[NH3]2
K = ---------------[N2] [H2]
2H2O(s)  H3O+ + OH-
Ksu= [H3O+] [OH-]
Suyun İyonlaşması
CaCO3(k) Ca 2+ (suda)+ CO32-(suda)
Kçç= [Ca 2+] [CO32-]
Bir tuzun suda çözünmesi
CH3COOH(s)H3O+(suda)+CH3COO-
[H3O+] [CH3COO-]
Ka=-----------------------[CH3COOH]
Zayıf Asit ve
Zayıf bazların
İyonlaşması
Ni2+ (suda)+ 4CN-(suda)  Ni(CN)42-(suda)
[Ni(CN)42-]
β4= ---------------------[Ni2+] [CN-]4
Kompleks Oluşumu
I2 (suda) ↔ I2(org)
[I2]org
Kd= --------------[I2]suda
Dağılma dengesi
(suda)
Kp ve Kc
Gaz fazında yürüyen reaksiyonlarda denge sabitini ürün ve
başlangıç maddelerinin kısmi basınçları cinsinden de ifade
edebiliriz. Bu durumda molar konsantrasyonlar cinsinden
denge sabiti (Kc) ve kısmi basınçlar cinsinden denge sabiti
(Kp) olmak üzere iki tür denge sabiti ifadesi ortaya çıkar.
Şimdiye kadar yazdığımız denge sabitleri molar
konsantrasyonlar cinsinden (Kc) idi. Bir gaz fazı reaksiyonu
için Kp şöyledir:
N2 O4 (g)
2NO2 (g)
pNO
2
Kp =
pN O
2 4
Kısmi basınçlar cinsinden
denge sabiti
Kp ile Kc arasındaki ilişki
Reaksiyon İlerleme Değeri, Q
Belirli bir zamandaki derişimler denge
sabiti bağıntısında yerine konarak elde
edilen denge değerine reaksiyon ilerleme
değeri (Q) adı verilir. Q = K ise reaksiyon
dengede, Q<K ise reaksiyon ileri, Q>K ise
reaksiyon geri gidiyor demektir.
Le Chatelier İlkesi
Le Chatelier ilkesine göre, sistem üzerine
dengede iken bir etki yapılırsa (sıcaklık, basınç,
konsantrasyon veya katalizör ilavesi veya
azaltılması gibi) sistem bu etkiyi azaltacak yönde
reaksiyona meyleder.
Örnek soru
2N2(g) + 6H2O(s) ↔ 4NH3(g) + O2(g) ∆H=1530 kJ
a) Kc yi yazınız.
b) Her bir şık için amonyum konsantrasyonunda oluşacak değişimi
açıklayın
i- Ortamdan O2(g) çekmek
ii- N2(g) eklemek
iii- sabit sıcaklıkta sistemi sıkıştırmak
iv- sistemi soğutmak
c) Yukarıdakilerden hangisi/hangileri Kc değerini değiştirir?

similar documents