T.C. MİLLİ EĞİTİM BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ) KİMYA TEKNOLOJİSİ HIZ KONTROLÜ ANKARA 2007 Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller; • Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının 02.06.2006 tarih ve 269 sayılı Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır). • Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır. • Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir. • Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşılabilirler. • Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır. • Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz. İÇİNDEKİLER AÇIKLAMALAR .................................................................................................... ii GİRİŞ....................................................................................................................... 1 ÖĞRENME FAALİYETİ-1 ..................................................................................... 3 1. KİMYASAL TEPKİMELERDE HIZ ................................................................... 3 1.1. Tepkime Hızlarının İncelenmesi .................................................................... 3 1.2. Tepkime Hızının Ölçülmesi ........................................................................... 7 1.3. Çarpışma Teorisi ........................................................................................... 8 1.4. Aktifleşme Enerjisi ...................................................................................... 11 1.5. Potansiyel Enerji Grafikleri.......................................................................... 13 1.6. Tepkime Mekanizması................................................................................. 16 1.7. Tepkime Hız İfadesi .................................................................................... 17 1.8. Tepkime Derecesi ........................................................................................ 19 1.9. Tepkime Hızına Etki Eden Faktörler ............................................................ 24 1.9.1. Tepkime Hızına Madde Cinsinin Etkisi................................................. 24 1.9.2. Tepkime Hızına Konsantrasyonun Etkisi............................................... 26 UYGULAMA FAALİYETİ ............................................................................... 28 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...................................................................... 35 PERFORMANS DEĞERLENDİRME ............................................................... 37 ÖĞRENME FAALİYETİ-2 ................................................................................... 38 2. TEPKİME HIZINA SICAKLIĞIN ETKİSİ........................................................ 38 UYGULAMA FAALİYETİ ............................................................................... 41 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...................................................................... 48 PERFORMANS DEĞERLENDİRME ............................................................... 49 ÖĞRENME FAALİYETİ-3 ................................................................................... 50 3. TEPKİME HIZINA KATALİZÖRÜN ETKİSİ .................................................. 50 3.1. Katalizörlerin Genel Özellikleri ................................................................... 53 UYGULAMA FAALİYETİ ............................................................................... 55 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...................................................................... 63 PERFORMANS DEĞERLENDİRME ............................................................... 64 ÖĞRENME FAALİYETİ-4 ................................................................................... 65 4. TEPKİME HIZINA TEMAS YÜZEYİNİN ETKİSİ........................................... 65 UYGULAMA FAALİYETİ ............................................................................... 68 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...................................................................... 73 PERFORMANS DEĞERLENDİRME ............................................................... 74 MODÜL DEĞERLENDİRME ............................................................................... 75 CEVAP ANAHTARLARI ..................................................................................... 78 KAYNAKLAR ...................................................................................................... 80 i AÇIKLAMALAR AÇIKLAMALAR KOD ALAN DAL MODÜLÜN ADI MODÜLÜN TANIMI SÜRE ÖN KOŞUL YETERLİK MODÜLÜN AMACI 524KI0024 Kimya Teknolojisi Alan Ortak Hız Kontrolü Kimyasal reaksiyonlarda hız ve hıza etki eden faktörler ile ilgili bilgilerin verildiği öğrenme materyalidir. 40/32 Kimyasal reaksiyonların hız kontrolünü yapmak. Genel Amaç Gerekli ortam sağlandığında, kuralına uygun olarak kimyasal reaksiyonların hız kontrolünü yapabileceksiniz. Amaçlar 1. Gerekli ortam sağlandığında, kuralına uygun olarak konsantrasyonla hız kontrolü yapabileceksiniz. 2. Gerekli ortam sağlandığında, kuralına uygun olarak sıcaklıkla hız kontrolü yapabileceksiniz. 3. Gerekli ortam sağlandığında, kuralına uygun olarak katalizör etkisi ile hız kontrolü yapabileceksiniz. 4. Gerekli ortam sağlandığında, kuralına uygun olarak temas yüzeyinin etkisi ile hız kontrolü yapabileceksiniz. EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI Ortam Sınıf, atölye, laboratuvar, işletme, kütüphane, ev, bilgi teknolojileri ortamı ( Internet ) vb, kendi kendinize veya grupla çalışabileceğiniz tüm ortamlar. Donanım Beher, balon joje, mezür, kronometre, su banyosu, cam balon, ayırma hunisi, destek, cam boru, gaz toplama tüpü, mantar, ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Modülün içinde yer alan herhangi bir öğrenme faaliyetinden sonra, verilen ölçme araçları ile kendi kendinizi değerlendireceksiniz. Modül sonunda öğretmeniniz tarafından teorik ve pratik performansınızı ölçme teknikleri uygulayarak modül uygulamaları ile kazandığınız bilgi ve becerileri ölçerek değerlendirileceksiniz. ii GİRİŞ GİRİŞ Sevgili Öğrenci, Kimya bilimi ile uğraşan insanların temel görevi ve amacı gerek tabiatta gerekse laboratuvar koşullarında oluşan reaksiyonların gerçekleşmesinde etkili faktörleri belirlemek ve bu faktörleri isteğe uygun biçimde yönlendirmektir. Genellikle kimyacılar, çalıştıkları kimyasal reaksiyonun olabildiğince hızlı gerçekleşmesini ve sonuçlanmasını isterler. Bu durumda kimyacıların iyi bilmesi gereken konuların başında tepkimelerde hız konusu gelir. Şimdi düşünün: Oksijen ile hidrojen her karşılaştığında hemen su buharı oluşsun. Bir demir plaka havayla temas ettiğinde üzeri hemen pas ile kaplansın ve birkaç dakika sonra katı parlak metal, yumuşak bir toza dönüşsün. Dünyadaki tüm kimyasal tepkimeler bir nefeslik sürede gerçekleşseydi dünyada yaşam tehlikeye girerdi. Neyse ki böyle bir durum söz konusu değil. Çünkü kimyasal tepkimelerin gerçekleşmesi için bazı şartlar gerekir. Ancak o şartlar sağlandığında tepkimeler gerçekleşir. Bu modül ile yan yana durduklarında tepkimeye girmeleri binlerce yıl süren hidrojen ve oksijenin, nasıl sihirli bir değnek dokunmuş gibi birkaç saniyede tepkimeye girip su oluşturacağını, neden sütten yoğurt elde ederken sıcaklığa ihtiyaç duyduğumuzu, kimyasal tepkimelerin nasıl hızlandırılıp, nasıl yavaşlatılacağını öğreneceksiniz. Kısacası bu modülü bitirdiğinizde kimyasal reaksiyonların hız kontrolünü yapabilecek bilgi ve beceriye sahip olacaksınız. Bu bilgiyi kullanarak da her gün evinizde, çevrenizde gerçekleşen ve laboratuvarda oluşturduğunuz tepkimeleri istediğiniz gibi yönlendirebileceksiniz. 1 2 ÖĞRENME FAALİYETİ-1 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYETİ-1 Gerekli ortam sağlandığında, kuralına uygun olarak kimyasal reaksiyonların konsantrasyonla hız kontrolünü yapabilecek bilgi, beceri ve deneyime sahip olacaksınız. ARAŞTIRMA Ø Ø Ø Yemekleri dışarıda bıraktığımızda neden daha çabuk bozulur? Araştırınız. Çevrenizde hangi kimyasal reaksiyonlar oluşmaktadır? Gözlemleyiniz. Gözlemlediğiniz kimyasal reaksiyonları hızlarına göre sınıflandırmaya çalışınız. 1. KİMYASAL TEPKİMELERDE HIZ Günlük yaşantımızda karşılaştığımız pek çok olayda olduğu gibi kimyasal reaksiyonlarda da zaman çok önemlidir. Tepkimelerin kontrolü için tepkime hızının ölçülebilmesi ve önceden bilinebilmesi gerekir. Bir tepkime göz açıp kapayıncaya kadar gerçekleşebileceği gibi, yüzyıllar boyuda sürebilir. Örneğin havai fişeklerin patlaması anlık bir tepkime iken, fosillerden kömürün oluşumu milyonlarca yıl süren bir tepkimedir. Resim 1.1: Havai fişek patlaması, fosillerden oluşmuş kömürün yanması 1.1. Tepkime Hızlarının İncelenmesi Kimyasal tepkimelerde bazı maddeler tükenirken, yeni maddeler oluşur. Örneğin; suyun oluşum tepkimesinde hidrojen ve oksijen gazları tüketilirken su oluşmaktadır. 2H2(g) Ê O2(g) 2H2O(s) Tepkime hızı; birim zamanda tükenen veya oluşan maddenin miktarındaki değişme olarak tanımlanır. Yukarıdaki örnekte hidrojenin, oksijenin yada suyun miktarındaki değişmenin bilinmesi bu tepkimenin hızının bulunmasını sağlar. 3 Kimyasal tepkimelerde hesaplamalar açısından kütledeki değişimi ölçmek çok uygun değildir. Ayrıca birim hacimde dikkate alınmadığında yanılgılara düşebiliriz. Bu yüzden reaksiyon hızını birim hacimde, birim zamanda değişime uğrayan maddenin mol sayısı olarak ifade etmek daha doğrudur. Ancak gerekli olduğu durumlarda mol sayısı da kullanılır. Formülü sembol ile gösterirsek; V= ∆M ∆t şeklinde ifade edilir. Zaman aralığının birimi yıl, ay, gün, saat, dakika, saniye vb. olabilir. Bu birim reaksiyonun hızına göre değişir. Örneğin; sodyumun suyla tepkimesinde saniye kullanılırken, yiyeceklerin küflenmesinde gün kullanılabilir. Reaksiyon hızını nasıl hesaplayacağımızı bir örnek üzerinde inceleyelim. N2(g) Ê O2(g) 2NO(g) tepkimesinin hızı tepkime denkleminde yer alan N2, O2 ve NO gazlarına göre belirlenir. Buna göre; Ø N2 gazına bağlı tepkime hızı ( VN2 ); VN 2 = ∆[N 2 ] ∆t ∆[N2]= N2’nin molar derişimindeki değişimdir. Derişim köşeli parantez içinde gösterilir. Ø O2 gazına bağlı tepkime hızı ( VO2 ); VO 2 = Ø ∆[O2 ] ∆t NO gazına bağlı tepkime hızı ( VNO ); 4 VNO = [ ∆ NO ] ∆t şeklinde yazılır. Tepkimeye göre 1 mol N2 harcanırken, 1 mol O2 gazı harcanmaktadır. Öyleyse birim zamanda N2’nin harcanma hızı ile O2’nin harcanma hızı birbirine eşittir. VN2 = VO2 Yine denkleme göre 1 mol N2 harcanırken 2 mol NO gazı oluşmaktadır. Öyleyse NO’nun oluşum hızı, N2’nin harcanma hızının iki katı olmalıdır. Buma göre; VNO = 2VN2 Tepkimeye girenlerin harcanma hızı ile çıkanların oluşum hızı arasındaki ilişki aşağıdaki gibi yazılır. VN2 = VO2 = (1/2)VNO yada 2VN2 = 2VO2 = VNO Örnek: H2(g) Ê I2(g) 2HI(g) tepkimesi 2 litrelik bir kapta 10 saniyede gerçekleştiğinde 0,6 mol H2 gazının tükendiği gözleniyor. Buna göre; tepkimedeki maddelerin harcanma ve oluşma hızlarını mol/L.s cinsinden tepkimedeki maddelere göre bulunuz. Çözüm: Ø Tepkime denkleminde 0,6 mol H2 gazı tükendiğinde harcanan I2 ve oluşan HI gazlarının mol sayılarını hesaplamalıyız. Ø Harcanan I2 gazı; 1 mol H2(g) 1 mol I2(g) 0,6 mol H2(g) x mol I2(g) x= 0,6.1 = 0,6 mol I2(g) 1 Ø Oluşan HI gazı; 1 mol H2(g) 2 mol HI(g) 0,6 mol H2(g) x mol HI(g) x= Ø 0,6.2 = 1,2 mol HI(g) 1 Tepkimdeki maddelerin molar derişimlerini hesaplamalıyız. 5 M H2 = n 0,6 = ð MH2 = 0,3 mol/L V 2 M I2 = n 0,6 = ð MI2 = 0,3 mol/L V 2 M HI = n 1, 2 = ð MHI = 0,6 mol/L V 2 Ø Tepkimdeki maddelere göre hız; VH 2 = [H 2 ] = 0,3 VI 2 = [I 2 ] = 0,3 VHI = [HI ] = 0,6 ∆t ∆t ∆t ð VH2 = 0,03 mol/L.s 10 10 10 ð VI2 = 0,03 mol/L.s ð VH2 = 0,06 mol/L.s Örnek: X2(g) Ê Y2(g) 2XY(g) 5 litrelik kapta yukarıdaki tepkimeye göre 40 saniyede 0,2 mol Y2 gazı tüketilmiştir. Buna göre tepkimenin hızı XY gazına göre kaç mol/L.s’dir ? Çözüm: Ø Tepkimede 0,2 mol Y2 gazı tükendiğinde oluşan XY gazının mol sayısı; 1 mol Y2(g) 2 mol XY(g) 0,2 mol Y2(g) x mol XY(g) x= 0, 2.2 = 0,4 mol XY(g) 1 Ø Oluşan XY gazının molar derişimi; M = n 0, 4 = ð MXY = 0,08 mol/L V 5 Ø V XY gazına göre tepkime hızı ise; [XY ] = 0,08 = ∆t 40 ð VXY = 0,002 mol/L.s Örnek: 8,1 gram Al metali H2SO4 çözeltisi ile 30 s’de tepkimeye giriyor. Tepkimede Al metalinin tümü harcandığında H2 gazının çıkış hızı kaç mol/dk’dır? ( Al = 27 ) 6 Çözüm: Ø Öncelikle tepkimenin denklemini yazarak eşitlemeliyiz. 2Al(k) Ê 3H2SO4(suda) Ø n= Al2(SO4)3(suda) Ê 3H2(g) Tepkimedeki Alüminyumun mol sayısını hesaplamalıyız. 8,1 m = ð n = 0,3 mol alüminyum M A 27 Ø Harcanan alüminyumun mol sayısı ile oluşan H2 gazı arasında orantı kurarak, oluşan H2 gazının mol sayısını hesaplamalıyız. 2 mol Al(k) 3 mol H2(g) 0,3 mol Al(k) x mol H2(g) x= 0,3.3 = 0,45 mol H2(g) 2 Ø Sorunun yanıtı dakika olarak istendiğine göre 30 saniye dakikaya çevrilmelidir. 60 saniye 1 dakika 30 saniye x dakika x= Ø 30.1 = 0,5 dakika 60 H2 gazının çıkış hızı mol olarak istenmiştir ð VH2 = 0,45 / 0,5 = 0,9 mol/dakika 1.2. Tepkime Hızının Ölçülmesi Tepkimelerin hızları, tepkimedeki maddelerin birim zamanda miktarlarındaki değişimlere göre belirlenebileceği gibi bazı özelliklerin ölçümü ile de tepkime hızı belirlenebilir. Bunun için derişime bağlı olarak değişen, bir cihaz yardımı ile doğrudan ölçülebilen bir fiziksel özellik seçilir. Hız deneyleri yapılır ve seçilen özelliğin belirli zaman aralıklarında izlenmesi gerçekleştirilir. Seçilen fiziksel özellik ile derişim arasında önceden saptanan ilişki kullanılarak derişim zaman grafiği çizilir ve hız saptanır. Tepkime hızının belirlenmesinde kullanılan bazı özellikler şunlardır; Ø Basınç Ø Elektrik iletkenliği Ø Çökelek kütlesi Ø Renk Ø Özkütle 7 DİKKAT: Bir fiziksel özelliğin verilen bir tepkimenin hızını izlemeye uygun olması için bu fiziksel özellik derişime bağlı olmalıdır ve zamana bağlı olarak değişmelidir. C2H4(g) Ê Br2(g) C2H4Br2(g) Renksiz Kırmızı Renksiz Tepkimesinde renk değişimine bakılarak hız ölçülebilir. Renk değişimi ne kadar hızlı ise tepkimede o kadar hızlıdır. Ø Ø Pb(NO3)2 Ê 2KI PbI2 Ê 2KNO3 Tepkimesinde çöken maddeye ve çökme hızına bakılarak hız ölçülebilir. Ø H2O2(suda) Ê 2H+(suda) Ê 2I-(suda) 2H2O(s) Ê I2(suda) Tepkimesinde elektrik iletkenliğine bakılarak tepkime hızı ölçülebilir. Tepkime süresince iyon sayısı azalırsa, elektrik iletkenliği de azalır. Buna bakılarak da hız ölçülür. Ø N2(g) Ê 3H2(g) 2NH3(g) 4 mol 2 mol Tepkimesinde basınç değişimine bakılarak hız ölçülebilir. Kapalı sistemlerde gaz fazında gerçekleşen tepkimelerde mol sayılarındaki değişime bağlı olarak basınç değişimi saptanabilir. Basınç değişimine bağlı olarak da hız ölçülür. Gaz fazındaki tepkimelerde mol sayısı azalıyorsa basınç azalır. Mol sayısının değişmediği tepkimelerde basınç zamanla değişmez. Bu durumda basınç ölçümüne bağlı olarak hız ölçülemez. 1.3. Çarpışma Teorisi Çarpışma teorisi, kimyasal tepkimelerin gerçekleşmesini ve hızını açıklayan bir teoridir. Bu teoriye göre tepkimeye giren maddelerden ürün elde edilebilmesi için tepkimeye girenlerin taneciklerinin ( atom, molekül veya iyon ) çarpışması gerekir. Çarpışmayı izleyen süreçte önce giren maddelerin moleküllerinde bağlar kopar, daha sonra da yeni bağların oluşumu ile ürün elde edilir. Ancak her çarpışma ürün vermez. Bir çarpışmanın ürün verebilmesi için; Ø Ø Çarpışan taneciklerin belirli bir minimum enerjiye sahip olması gerekir. Çarpışmanın uygun geometride, uygun bir açı ile gerçekleşmesi gerekir. 8 Resim 1.2: Çarpışma Taneciklerin minimum enerji ile yeterli hızla ve uygun açıyla çarpışmasına etkin çarpışma denir. Etkin çarpışmalarda ürün meydana gelir. Bu tür çarpışmalar tüm çarpışmaların çok küçük bir bölümü kadardır. Birim zamanda gerçekleşen etkin çarpışmaların sayısı arttıkça tepkime hızı da artar. Tanecik Sayısı Bu bölgedeki moleküller tepkime için yeterli enerjiye sahip değildir ve çarpışmaları ürün oluşturmaz. Bu bölgedeki moleküller yüksek enerjilidir ve çarpışmaları ürün oluşturabilir. Kinetik Enerji Grafik 1.1: Tepkimeye giren moleküllerin enerji dağılımı 9 Şekil 1.1: Çarpışma teorisine göre sadece etkin çarpışmalar tepkime ile sonuçlanır. a) etkin olmayan çarpışma: Moleküller çarpışıyor fakat ayrı yönlere uzaklaşıyorlar. b) Tepkime ile sonuçlanan etkin çarpışma 10 O O C O O C C O a O N N Çarpışma öncesi Etkin çarpışma O Çarpışma sonrası O N N O C O O O b N N O O O O O C O C Çarpışma öncesi Etkin olmayan çarpışma Çarpışma sonrası Şekil 1.2: a) NO2 ve CO moleküllerinin NO ve CO2 molekülünü oluşturmak için uygun bir geometride çarpışmaları gerekir. b) Uygun bir geometride gerçekleşmeyen çarpışmalar tepkime vermez. 1.4. Aktifleşme Enerjisi Bir kimyasal tepkimenin oluşması için tepkimeye katılan taneciklerin uygun bir geometride ve yeterli enerji ile çarpışmaları gerektiğini öğrendik. İşte bu çarpışmanın sonucunda ürün oluşması için tepkimeye giren taneciklerin sahip olmaları gereken minimum enerjiye aktifleşme enerjisi (eşik enerjisi) denir. Aktifleşme enerjisi Ea sembolü ile gösterilir. Birimi kkal (kilo kalori) dir. Bir tepkimenin aktifleşme enerjisi sıfırdan büyüktür ve tepkimeye giren maddelerin türüne bağlıdır. Aktifleşme enerjisi küçüldükçe tepkime hızı artar. Aktivasyon enerjisi her zaman pozitiftir. 11 Resim 1.3: Reaktiflerin ürün oluşturabilmesi için aktifleşme enerjisi engelini aşması gerekir. Dağın zirvesi aşılması gereken engeldir. Olayı daha iyi anlamak için iki farklı taneciğin birbirine hızla yaklaşıp çarpıştıklarını düşünelim. Çarpışma anında önceden sahip oldukları kinetik enerjileri azalırken potansiyel enerjileri artacaktır. Çarpışma anında iki taneciğin elektron bulutları birbiri içine girdiğinden tanecikleri ayrı ayrı gözlemlemek mümkün değildir. Bu yüksek enerjili, kararsız, çok kısa ömürlü ara ürüne aktifleşmiş kompleks adı verilir. Aktifleşmiş kompleksin potansiyel enerjisi çok yüksektir. Bu yüzden kararlı değildir. Enerjisini düşürüp kararlı hale geçmek ister. Eğer moleküller yeterince hızlı çarpışmışlarsa ürün oluşur, aksi takdirde ürün oluşmaz. Aktifleşmiş kompleks yeniden tepkimeye giren maddelere yani reaktiflere dönüşür. Ì TEPKİMEYE GİRENLER ( REAKTİFLER ) Ì AKTİFLEŞMİŞ KOMPLEKS ÜRÜNLER 12 1.5. Potansiyel Enerji Grafikleri Bir kimyasal tepkimenin gerçekleşmesi, çarpışma teorisindeki ilkeler çerçevesinde potansiyel enerji grafikleri ile izlenebilir. Ø Endotermik yani tepkime esnasında dışarıdan ısı alan tepkimeler için potansiyel enerji grafiği aşağıdaki gibidir. Potansiyel Enerji (kkal) Aktifleşmiş Kompleks Eag Eai Ürünler ∆H° Reaktifler Tepkime Yönü Grafik 1.2: Endotermik bir tepkime için potansiyel enerji grafiği • Reaktiflerle aktifleşmiş kompleks arasındaki potansiyel enerji farkı, tepkimenin ileri yöndeki aktifleşme enerjisidir ve Eai ile gösterilir. Birimi kkal’dir. İleri Aktifleşme Enerjisi = Aktifleşmiş Kompleksin Pot.Enerjisi – Reaktiflerin Pot.Enerjisi • Ürünlerle aktifleşmiş kompleks arasındaki potansiyel enerji farkı, tepkimenin geri yöndeki aktifleşme enerjisidir ve Eag ile gösterilir. Birimi kkal’dir. Geri Aktifleşme Enerjisi = Aktifleşmiş Kompleksin Pot.Enerjisi – Ürünlerin Pot.Enerjisi 13 • Tepkime ısısı, ileri yöndeki tepkimenin aktifleşme enerjisi ile geri yöndeki tepkimenin aktifleşme enerjisi arasındaki farka eşittir ve ∆H° ile gösterilir. Tepkime entalpisi olarak da adlandırılır. Birimi kkal’dir. ∆H ° = E ai − E ag • Ø Endotermik tepkimelerde Eai > Eag ‘dir. Ekzotermik yani tepkime esnasında dışarıya ısı veren tepkimeler için potansiyel enerji grafiği aşağıdaki gibidir. Potansiyel Enerji (kkal) Aktifleşmiş Kompleks Eai Reaktifler Eag ∆H° Ürünler Tepkime Yönü Grafik 1.3: Ekzotermik bir tepkime için potansiyel enerji grafiği • Ekzotermik tepkimelerde Eag > Eai ‘dir. Örnek: X2 Ê 2Y2 2XY2 Reaksiyonuna ait potansiyel enerji-tepkime yönü grafiği aşağıda verilmiştir. 14 Potansiyel 70 Enerji (kkal) X2 + 2Y2 50 2XY2 10 Tepkime Yönü Bu grafikten yararlanarak soruları cevaplandırınız. a) İleri tepkimenin aktivasyon enerjisi ( Eai ) kaç kkal’dir ? b) Geri tepkimenin aktivasyon enerjisi ( Eag ) kaç kkal’dir ? c) Reaksiyon ısısı ( ∆H° ) kaç kkal’dir ? Çözüm: a) Reaktiflerin potansiyel enerjisi ile aktifleşmiş kompleksin potansiyel enerjisi arasındaki fark Eai ‘dir. Bu durumda; Eai = 70 – 50 = 20 kkal b) Ürünlerin potansiyel enerjisi ile aktifleşmiş kompleksin potansiyel enerjisi arasındaki fark Eag ‘dir. Bu durumda; Eag = 70 – 10 = 60 kkal c) ∆H° = Eai – Eag ∆H° = 20 – 60 = - 40 kkal Örnek:2A Ê B A2B Reaksiyonun ait potansiyel enerji- tepkime yönü grafiği aşağıda verilmiştir. Bu tepkimenin ısısı ( entalpisi ) 50 kkal olduğuna göre tepkimenin geri aktifleşme enerjisi ( Eag ) kaç kkal’dir ve grafikteki x değeri kaçtır ? Potansiyel Enerji (kkal) 120 A2B x 2A + B 40 Tepkimenin Yönü 15 Çözüm: Ø Eai reaktifler ile aktifleşmiş kompleksin potansiyel enerjisi arasındaki farktır. Eai = 120 – 40 = 80 kkal Ø Tepkime entalpisi ve ileri tepkimenin aktifleşme enerjisi bilindiğinden Eag’yi buradan hesaplayabiliriz. ∆H° = Eai – Eag 50 = 80 - Eag Eag = 30 kkal Ø ëGrafikte verilen x değeri ise ürünlerin potansiyel enerjisidir. Eag = 120 – x = 30 x = 90 kkal 1.6. Tepkime Mekanizması Bazı tepkimelerde reaktif moleküllerinin çarpışmaları sonucu doğrudan doğruya ürün molekülleri oluşmaz. Kimyasal tepkimelerde zaten tepkimeye giren çok sayıdaki taneciğin aynı anda çarpışmaları çok zor yada olanaksızdır. Genellikle ikişer ikişer nadiren de ikiden fazla sayıdaki tanecik aynı anda çarpışabilir. Bu durumda tepkime bazı basamakların sonucunda tamamlanır. Yani bir dizi basit tepkime basamağı izlenerek ürüne ulaşılır. İşte bir tepkimede tepkimeye giren reaktiflerin ardı ardına gerçekleşen bir dizi basamakla ürünlere dönüşme sürecine tepkime mekanizması denir. Tepkime mekanizması şu genel ilkelere sahiptir: Ø Ø Ø Ø Mekanizmalı tepkimelerde ara basamakların toplamı ürünü verir. Ara basamaklarda bulunan, toplu denklemde bulunmayan maddelere ara ürün denir. Ara basamakların hızları aynı değildir. Ara basamaklardan en yavaş olanı tepkimenin hızını belirler. Aşağıda basamaklı bir tepkime örneği verilmiştir. I. HBr Ê O2 HOOBr ( yavaş ) II. HOOBr Ê HBr 2HOBr ( çok hızlı ) III. 2HOBr Ê 2HBr 2H2O Ê 2Br2 ( hızlı ) Net Tepkime: 4HBr Ê O2 2H2O Ê 2Br2 Bu basamaklı tepkime örneğinde kırmızı ile yazılanlar ara ürünlerdir. Çünkü I. basamakta oluşmuş, diğer basamaklarda tüketilmiştir ve net tepkimede yer almamaktadırlar. Bu örnekte I. basamak tepkime hızını belirler çünkü en yavaş basamaktır. Ara basamaklar toplanarak net tepkime elde edilmiştir. 16 Mekanizmalı tepkimelerin potansiyel enerji grafiklerinde her basamak için ayrı bir ‘tepe’ vardır. Şekilde görüldüğü gibi, her basamak için ayrı bir tepe oluşmuştur. Aktifleşme enerjisi en yüksek olan yani hızı en düşük olan basamak 1. basamaktır. En yavaş basamak, hızı belirlediği için 1. basamak tepkime hızını belirler. Basamaklı tepkimelerde basamakların ΔH° değerleri toplamı tepkimenin ΔH° değerine eşittir. Basamaklı tepkimeler için ΔH° aşağıdaki formül ile bulunabilir. ° ° ° ∆ H ° = ∆ H 1 + ∆ H 2 + ∆ H 3 + ... Potansiyel Enerji (kkal) 1. Ea1 > Ea2 > Ea3 Ea1 2. Ea2 3. Ea3 Tepkime Yönü Grafik 1.4: Mekanizmalı bir tepkime için potansiyel enerji grafiği 1.7. Tepkime Hız İfadesi Kimyasal tepkimelerin hızları ve reaktiflerin derişimleri arasındaki ilişki hız denklemi denilen eşitliklerle ifade edilir. Tepkimeye katılan reaktiflerin derişimleri ile hız arasındaki ilişkiden yararlanarak tepkimelerin hız denklemini bulabiliriz. Örnek olarak tek basamakta gerçekleştiği bilinen aşağıdaki tepkimeyi ele alalım: A(g) Ê 2B(g) AB2(g) 17 Bu tepkimeye ait aynı şartlarda gerçekleştirilen üç deneyin sonuçları aşağıdaki gibi belirleniyor. [A] mol/L [B] mol/L TEPKİME HIZI (mol/L.s) 1 3 0,1 0,04 2 3 0,2 0,16 3 6 0,1 0,08 DENEY Ø Deney sonucuna göre 2. deneyde A’nın derişimi sabit tutulurken B’nin derişimi 0,1’den 0,2’ye çıkmıştır. Yani 2 kat artmıştır. Bu esnada tepkime hızı da 0,04’den 0,16’ya çıkmıştır. Yani 4 kat artmıştır. Bu durumda B’nın derişimi 2 kat artarken tepkime hızı 4 kat artmıştır. Öyleyse tepkime hızı, B’nin derişiminin karesi ile doğru orantılı olarak artmıştır. V α [B]2 Ø REAKTİF DERİŞİMLERİ ( α orantı işaretidir ) 3. deneyde B’nin derişimi sabit tutulurken A’nın derişimi 3’den 6’ya çıkmıştır. Yani 2 kat artmıştır. Bu esnada tepkime hızı da 0,04’den 0,08’e çıkmıştır. Yani 2 kat artmıştır. Bu durumda A’nın derişimi 2 kat artarken tepkime hızı da 2 kat artmıştır. Öyleyse tepkime hızı, A’nın derişimi ile doğru orantılıdır. V α [A] Ø Sonuç olarak tepkime hızı B’nin derişiminin karesi ve A’nın derişimi ile doğru orantılı olduğuna göre, bu derişimlerin çarpımı ile de doğru orantılı olmalıdır. V α [B]2. [A] Ø Orantıda eşitliği k gibi bir değer sağlıyorsa, V = k . [B]2. [A] yazılabilir. Reaksiyon hızı için çıkardığımız bu bağıntı hız denklemidir. Denklemde eşitliği sağlayan k orantı sabitine hız sabiti denir. Hız sabiti farklı tepkimeler için farklı değerde olup, sıcaklık değişmediği ve katalizör eklenmediği sürece değişmez. 18 Elde ettiğimiz hız denkleminde de faydalanarak şu sonuçları yazabiliriz: Ø Tek basamakta gerçekleşen tepkimelerde hız denklemi yazılırken tepkimeye girenlerin derişimleri çarpım şeklinde yazılır. Tepkimeye giren maddelerin tepkime denklemindeki mol sayıları hız denkleminde derişimlere üs olarak yazılır. Tek basamakta gerçekleşen bir tepkime için genel olarak hız denklemini yazabiliriz. aA(g) Ê bB(g) tepkime için hız denklemi; cC(g) Ê dD(g) gibi tek basamakta gerçekleştiği bilinen genel bir V = k . A a .B b şeklindedir. Görüldüğü gibi hız ifadesinde yalnız tepkimeye giren maddelerin derişimleri yer alır; ürünlerin derişimleri yer almaz. Ø Hız denkleminde gazlara ( g ) ve suda çözünmüş maddelerle iyonlara ( suda ) ilişkin derişimler yer alır; katılara ( k ) ve sıvılara ( s ) ilişkin derişimler yer almaz. Katı ve sıvılara yer verilmez çünkü katı ve sıvıların derişimleri tepkime süresince sabit kalır. Ø Eğer tepkime birkaç adımda gerçekleşiyorsa yani mekanizmalı ise en yavaş adımın reaktiflerine göre hız denklemi yazılır. Ø Hız denklemi kısmi basınçlar cinsinden de yazılabilir. Kapalı kaplarda gerçekleşen gaz fazındaki tepkimelerde gazların kısmi basınçları mol sayıları ile doğru orantılıdır. Bu durumda kısmi basınçlar türünden hız denklemi yazılırken tepkimeye giren gazların basınçları dikkate alınır. Aşağıdaki tepkime için hız bağıntısını kısmi basınçlar cinsinden yazabiliriz: aA(g) Ê bB(g) cC(g) Ê dD(g) V = k .PAa .PBb Ø Kısmi basınçlar yönünden çıkarılan hız denklemindeki k sabiti, aynı tepkime için derişimler cinsinden yazılan hız denklemindeki k sabitinden farklıdır. 1.8. Tepkime Derecesi Hız denkleminde reaktif derişimlerinin üsleri toplamına tepkime derecesi denir. Örneğin; 2NO(g) Ê Cl2(g) 2NOCl(g) tepkimesi için hız denklemi; 19 V = k.[NO]2.[Cl2] şeklindedir. NO’nun üssü 2’dir. Cl2’nin üssü 1’dir. Bu durumda tepkime derecesi = 2 + 1 = 3’dür. Tek basamakta gerçekleşen tepkimeler için tepkimedeki reaktiflerin mol sayıları toplanarak da tepkime derecesi bulunabilir. Ø Hız sabitinin birimi tepkimenin derecesine bağlıdır. Örneğin 1. dereceden bir tepkimede ; Hız = k . [A] mol hıı 1 k= = L.s = = s −1 [A] mol s L Diğer tepkimelerdeki hız sabitlerinin birimlerini de aynı şekilde hesaplayabiliriz. Örnek:25 °C sıcaklıkta gerçekleşen 2X2(g) Ê Y2(g) aşağıdaki deney sonuçları elde ediliyor. Bu deney sonuçlarına göre ; 2X2Y(g) tepkimesinde a) Tepkimenin hız denklemi nasıldır? b) Tepkimenin hız sabitinin (k) sayısal değeri kaçtır? c) Tepkime tek basamaklı mıdır, yoksa belirli bir mekanizması mı vardır? Neden? d) Tepkime derecesi kaçtır? [X2] mol/L [Y2] mol/L 1 0,2 0,2 TEPKİME HIZI (mol/L.s) 6.10-3 2 0,2 0,4 12.10-3 3 0,2 0,6 18.10-3 4 0,4 0,6 72.10-3 5 0,6 0,6 162.10-3 DENEY REAKTİF DERİŞİMLERİ Çözüm: a) Ø 1. ve 2. deneylerde X2’nin derişimi sabit kalmıştır. Bu durumda Y2’nin derişimi 2 kat artmıştır. 1. ve 2. deneylerde tepkime hızının da 2 kat arttığı görülmektedir. Öyleyse; 20 V α [Y2] Ø 3. ve 4. deneylerde Y2’nin derişimi sabit kalırken artmıştır. Hız ise 4 kat artmıştır. Öyleyse; V α [X2]2 X2’nin derişimi 2 kat Bu durumda hız denklemi; V =k. [Y2] . [X2]2 şeklindedir. b) Tepkimenin hız sabitini bulmak için herhangi bir deneyde bulunan derişim ve hız değerlerini kullanabiliriz. 1. deneydeki verileri kullanalım. V =k. [Y2] . [X2]2 6.10-3 = k. 0,2 . 0,22 0,006 = k. 0,008 k= 0,006 = 0,75 0,008 c) Tepkime tek basamaklıdır çünkü deney sonuçları ile elde ettiğimiz hız denklemi ile tepkimeyi kullanarak yazdığımız hız denklemi aynıdır. Sadece tek basamaklı tepkimelerde tepkimeye bakılarak hız ifadesi yazılabilir. d) Tepkime derecesi hız ifadesindeki reaktif derişimlerinin üsleri toplamıdır. Bu durumda tepkime derecesi 2+1 = 3’dür. Örnek: 2A(g) Ê B(g) Ê C(g) 2E(g) Ê F(g) tepkimesi ile ilgili elde edilen deney sonuçları aşağıdaki gibidir. Buna göre; a) Tepkimenin hız denklemi nasıldır? b) Tepkimenin hız sabitinin (k) sayısal değeri kaçtır? c) Tepkime derecesi kaçtır? 21 [A] mol/L [B] mol/L [C] mol/L TEPKİME HIZI (mol/L.s) 1 0,2 0,4 0,1 2.10-4 2 0,4 0,4 0,2 8.10-4 3 0,2 0,2 0,1 1.10-4 4 0,4 0,4 0,1 2.10-4 REAKTİF DERİŞİMLERİ DENEY Çözüm: a) Ø 1. ve 4. deneylere bakıldığında B ve C’nin derişimi sabit kalırken A’nın derişimi 2 kat artmıştır. Tepkime hızı ise sabit kalmıştır. Yani A’nın derişiminin değişmesi tepkime hızını etkilemediğine göre hız A’ya bağlı değildir. Ø 1. ve 3. deneylerde A ve C’nin derişimleri sabit iken B’nin derişimi iki kat azalmıştır. Tepkime hızı da iki kat azalmıştır. Öyleyse; V α [B] Ø 2. ve 4. deneylerde A ve B’nin derişimi sabit iken C’nin derişimi iki kat azalmıştır. Tepkime hızı ise 4 kat azalmıştır. V α [C]2 Bu durumda hız denklemi; V = k . [B] . [C]2 şeklindedir. b) Tepkimenin hız sabitini bulmak için herhangi bir deneyde bulunan derişim ve hız değerlerini kullanabiliriz. 1. deneydeki verileri kullanalım. V = k. [B] . [C]2 2.10-4 = k . 0,4 . 0,12 k = 0,05 c) Tepkime derecesi 1+2 = 3’dür. 22 Örnek: A2 ve B2 molekülleri arasında oluşan tepkimenin deney sonuçları aşağıdaki gibidir. Buna göre; a) Tepkimenin hız denklemi nasıldır? b) Tepkimenin hız sabitinin (k) sayısal değeri kaçtır? c) Tepkime derecesi kaçtır? d) Hızı belirleyen yavaş adımın tepkime denklemini yazınız. [A2] mol/L [B2] mol/L TEPKİME HIZI (mol/L.s) 1 3 2 0,3 2 6 2 0,6 3 12 2 0,12 4 6 6 0,6 DENEY REAKTİF DERİŞİMLERİ Çözüm: a) Ø 1. ve 2. deneylerde B2’nin derişimi sabit iken A2’nin derişimi iki kat artmıştır. Tepkime hızı da iki kat artmıştır. Öyleyse; V α [A2] Ø 2. ve 4. deneylerde A2’nin derişimi sabit iken B2’nin derişimi üç kat artmıştır. Tepkime hızı ise sabit kalmıştır. Bu durumda tepkime hızı B2’nin derişimine bağlı değildir. Tepkimenin hız denklemi V = k . [A2] b) V = k . [A2] 0,3 = k. 3 k = 0,1 c) Tepkime derecesi A2’nin derişimin üssü olan 1’e eşittir. d) A2(g) 2A(g) 23 1.9. Tepkime Hızına Etki Eden Faktörler Yapılan çalışmalar tepkime hızına etki eden 5 faktörün olduğunu göstermiştir. Ø Ø Ø Ø Ø Madde cinsinin etkisi Konsantrasyonun etkisi Sıcaklığın etkisi Katalizörün etkisi Temas yüzeyinin etkisi 1.9.1. Tepkime Hızına Madde Cinsinin Etkisi Kimyasal tepkimeler gerçekleşirken çoğunlukla tepkimeye katılan reaktif taneciklerine ait bağlar kırılır ve kırılan bağlar da yeniden düzenlenerek ürünleri oluşturur. Bu yüzden tepkime hızı bağların enerjileri ile yakından ilişkilidir. Kırılacak bağlar ne kadar çok ise ve ne kadar güçlü ise tepkime o kadar yavaş olacaktır. H2(g) Ê 1/2O2(g) C2H4(g) Ê 3O2(g) H2(g) 2CO2(g) Ê 2H2O(g) 2. tepkimede daha çok bağ kopması ve oluşması söz konusu olduğundan daha yavaştır. Reaktiflerin kimyasal yapısının hıza etkisi ile ilgili bazı kurallar şöyle sıralanabilir: Ø Zıt yüklü iyonlar arasında gerçekleşen tepkimeler çok hızlıdır. Ag+(suda) Ê Cl –(suda) Ø Organik bileşiklerin tepkimeleri oldukça yavaştır. C5H12 Ê 8O2 Ø 5CO2 Ê 6H2O Bağ kopmasının olmadığı sadece elektron alışverişi içeren tepkimeler oldukça hızlıdır. Fe+2(suda) Ê Ce+4(suda) Ø AgCl(k) Fe+3(suda) Ê Ce+3(suda) Aynı yüklü iyonlar arasında gerçekleşen tepkimeler oldukça yavaştır. HCO3-(suda) Ê OH-(suda) CO3-2(suda) Ê H2O(s) Örnek: Aynı sıcaklıkta gerçekleşen aşağıdaki tepkimelerin hızlarını karşılaştırınız. 24 I. C3H8(g) Ê 5O2(g) II. Cu+2(suda) Ê 2OHIII. Zn+2(suda) Ê 2Cu(k) IV. N2(g) Ê O2(g) 3CO2(g) Ê 4H2O(g) Cu(OH)2(k) Zn(k) Ê 2Cu+1(suda) 2NO(g) Çözüm: 2. tepkime zıt iyonlar arasında olduğu için en hızlıdır. 3. tepkimede bağ kopması yada oluşması olmadığı için bu tepkimede 1. ve 4. tepkimeye göre daha hızlıdır. 1. ve 4. tepkimede bağ kırılması vardır. Ancak 1. tepkimede daha fazla bağ kırılması olduğu için en yavaş tepkimedir. Yukarıdaki tepkimeleri hızlarına göre kıyaslarsak: II > III > IV > I 25 1.9.2. Tepkime Hızına Konsantrasyonun Etkisi Kendinizi içinde bir tane arı olan küçük bir odada düşünün. Bu odada arının sizi sokması uzun sürede olabilir yada hiç gerçekleşmeyebilir. Aynı odada bir kovan arı ile bulunduğunuzda arıların sizi sokma ihtimali kaçınılmazdır. Aynı şekilde, bu bir kovan arı ile bir kapalı spor salonunda bulunduğunuzda arının sizi sokma ihtimali yine çok azdır. Tepkime hızına konsantrasyonun etkisi de bu örneğe çok benzer. Bir tepkimenin hızı tepkimeye girenlerin derişimi arttıkça artar. Çünkü konunun başında öğrendiğiniz gibi çarpışma teorisine göre kimyasal reaksiyonlar reaktiflerin çarpışması sonucu oluşur. Eğer birim hacimdeki tanecik sayısı artarsa çarpışma sayısı da artar ve dolayısıyla tepkime hızı artar. Şekilde tanecik sayısının artışı ile çarpışma sayısının artışı gösterilmiştir. A B 4 ÇARPIŞMA A B Bir tane A taneciği eklenirse; A B A 6 ÇARPIŞMA B A Bir tane B taneciği eklenirse; A B A B A B 9 ÇARPIŞMA Şekil 1.3: Konsantrasyonun artması etkin çarpışma sayısını artırır. 26 Gazların konsantrasyonu basınç ile yakından ilişkilidir. Bir gazın basıncını artırmak o gazın konsantrasyonunu da artırır. Çünkü gazlar 2 modülünde öğrendiğiniz Boyle-Mariotte gaz kanununa göre bir gazın basıncı hacmi ile ters orantılıdır. Gazın basıncı arttıkça hacmi küçülür ve konsantrasyonu artar. Konsantrasyonun artması da tepkime hızını artırır. Şekilde hacmin azalması ile konsantrasyon artışı görülmektedir. Şekil 1.4: Basınç artışı ( hacmin azalması) ile konsantrasyon artışı 27 UYGULAMA FAALİYETİ UYGULAMA FAALİYETİ İşlem Basamakları Ø Ø 2 gram potasyum iyodat tartarak bir Ø litre çözelti hazırlayınız. ( A Ø çözeltisi) Öneriler İş önlüğünüzü giyerek çalışma masanızı düzenleyiniz. Çalışma ortamınızı hazırlayınız. Kullanacağınız malzemeleri önce çeşme suyu sonra saf su ile temizleyip kurumasını sağlayınız. Ø Tarttığınız potasyum iyodatı önce behere koyup az miktarda saf su ile çözünüz. Ø Az miktarda saf su ile çözdüğünüz potasyum iyodatı 1 litrelik balon jojoye aktarınız. Daha sonra balon jojenin çizgisine kadar saf su ile tamamlayınız. 28 Ø Ø Nişasta çözeltisini hazırlamak için öncelikle 2 gram nişasta tartıp 5 ml su ile bulamaç yapınız. Ø Hazırladığınız karışımı 100 ml kaynar suya ekleyiniz ve bir dakika kaynatınız. 100 ml nişasta çözeltisi hazırlayınız. 29 Ø 50 ml nişasta çözeltisi alarak içerisine 5 ml, 1 M sülfürik asit ve 0,4 gram sodyum bisülfit ekleyerek saf su ile bir litreye tamamlayınız. ( B çözeltisi ) Ø Ø Ø Temiz bir behere 20 ml A çözeltisini mezürle ölçerek alınız. Ø 30 Nişasta çözeltisini soğuduktan sonra kullanınız. Sülfürik asit çok kuvvetli bir asittir. Çekme işlemini yaparken dikkatli olunuz. Çözeltinin etrafa dökülmemesi için bir huni yardımı ile mezüre aktarınız. Ø Temiz bir behere 20 ml B çözeltisini mezürle ölçerek alınız. Ø Ø A ve B çözeltilerini karıştırarak kronometreyi başlatınız. 31 Çözeltinin etrafa dökülmemesi için bir huni yardımı ile mezüre aktarınız. Ø Renk değişimi gözlenince kronometreyi durdurunuz. Ø Tepkimenin oluşum süresini kaydediniz. Temiz bir beher alıp içerisine 10 ml A çözeltisi ve 10 ml saf su koyunuz. Ø Ø Ø 32 Çözeltiyi ve saf suyu mezürle ölçünüz. Çözeltinin etrafa dökülmemesi için bir huni yardımı ile mezüre aktarınız. Ø Başka bir behere 20 ml B çözeltisini mezürle ölçerek koyunuz. Ø İki beherdeki maddeyi karıştırarak kronometreyi çalıştırınız. 33 Ø Renk değişimi gözlenince kronometreyi durdurunuz. Ø Her iki sonucu karşılaştırınız. Ø Malzemeleri temizleyip yerlerine kaldırınız. Ø Ø Sonuçları rapora eklemek üzere saklayınız. Ø Laboratuvarda temizlik çok önemlidir. Kullandığınız tüm malzemeleri önce çeşme suyu sonra saf su ile yıkayıp malzemeler kuruduktan sonra yerlerine kaldırınız. Ø Rapor hazırlamak çok önemlidir. Amacınızı, işlem basamaklarınızı, sonucunuzu içeren bir rapor hazırlayınız. Sonuçları rapor ediniz. 34 ÖLÇMEVE VEDEĞERLENDİRME DEĞERLENDİRME ÖLÇME Aşağıdaki ilk 5 soruda uygun seçeneği işaretleyiniz. Diğer sorularda boş olan yerleri doldurunuz. 1. A(g) Ê B(g) Ê 2C(g) 2D(g) Ê 3E(g) tepkimesinin 25 ºC’de gerçekleştirilen hız deneyi sonuçları aşağıdaki tabloda verilmektedir. [A] mol/L [B] mol/L [C] mol/L TEPKİME HIZI (mol/L.dak) 1 0,5 0,8 0,2 2.10-2 2 1 0,4 0,2 2.10-2 3 2 0,2 0,4 2.10-2 4 1 0,8 0,2 4.10-2 REAKTİF DERİŞİMLERİ DENEY Buna göre aşağıdakilerden hangisi yanlıştır? A) Tepkimenin hız ifadesi 2. derecedendir. B) Tepkime mekanizmalıdır. C) Tepkimenin 25 ºC’deki hız sabitinin değeri 0,05’tir. D) Herhangi bir deneyde tepkime kabına C eklemek, hızı 2 katına çıkarır. 2. Mekanizması aşağıdaki şekilde olan bir tepkimenin hız bağıntısı aşağıdakilerden hangisidir? 2NO(g) N2O2(g) (hızlı) N2O2(g) + H2(g) N2O(g) +H2O(g) (yavaş) N2O(g) + H2(g) N2(g) + H2O(g) (hızlı) A) Hız = k . [NO]2 B) Hız = k. [N2O] . [H2] C) Hız = k . [N2O] . [H2O] D) Hız = k . [N2O2] . [H2] 3. Potansiyel Enerji 40 Yanda grafiği verilen tepkime için aşağıdakilerden hangisi doğrudur? 0 X+2Y Z -20 Tepkime Yönü 35 A) İleri aktifleşme enerjisi 60 kkal’dir. B) Geri aktifleşme enerjisi 60 kkal’dir. C) Tepkime endotermiktir. D) Denklemi X+2Y+20 " Z 4. Potansiyel Enerji 80 Yanda grafiği verilen tepkime için aşağıdakilerden hangisi yanlıştır? 50 0 C A+B TepkimeYönü A) Tepkime endotermiktir. B) Eai 80 kkal’dir. C) Eag 80 kkal’dir. D) Tepkime ısısı +50 kkal’dir. Şekildeki grafik mekanizmalı bir tepkimenin potansiyel enerji grafiğidir. Buna göre aşağıdakilerden hangisi 5. Potansiyel Enerji 45 24 18 16 12 10 yanlıştır? L+D B+E A+B+C K -18 Tepkime Yönü A) Tepkime mekanizması üç basamaklıdır. B) Tepkime hızını belirleyen ikinci basamaktır. C) Tepkimenin hız bağıntısı Hız = k. [A].[B].[C] D) En yavaş adımdaki aktifleşmiş kompleksin enerjisi 45 kkal’dir. 6. Çarpışmanın sonucunda ürün oluşması için tepkimeye giren taneciklerin sahip olmaları gereken minimum enerjiye ……………. ……………… denir. 7. Taneciklerin minimum enerji ile yeterli hızla ve uygun açıyla çarpışmasına …………. ………….. denir. 8. Yüksek enerjili, kararsız, çok kısa ömürlü ara ürüne …………. ……………. adı verilir. 9. Mekanizmalı tepkimelerde …....... basamak tepkime hızını belirler. DEĞERLENDİRME Sorulara verdiğiniz cevaplar ile cevap anahtarınızı karşılaştırınız, cevaplarınız doğru ise uygulamalı teste geçiniz. Yanlış cevap verdiyseniz öğrenme faaliyetinin ilgili bölümüne dönerek konuyu tekrar ediniz. 36 PERFORMANSDEĞERLENDİRME DEĞERLENDİRME PERFORMANS A çözeltisi (potasyum iyodat çözeltisi) ve B çözeltisi (50 ml nişasta çözeltisi alarak içerisine 5 ml, 1 M sülfürik asit ve 0,4 gram sodyum bisülfit ekleyerek saf su ile bir litreye tamamlanmış çözelti) hazırlayınız. Bu çözeltilerin konsantrasyonunu değiştirerek hıza konsantrasyonun etkisini gösteren uygulama faaliyetini yapınız ve raporunuzu yazınız. İşlemlerden sonra aşağıdaki kontrol listesini doldurunuz. Cevabı “hayır” olan soruları öğretmeninize danışınız. Gerekli malzemeler: 1. Beher 5. Kronometre 2. Spatül 6. Mezür 3. Isıtma düzeneği 7. Pipet 4. Balon joje 8. Piset 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Değerlendirme Ölçütleri İş önlüğünüzü giyip çalışma masanızı düzenlediniz mi? Kullanacağınız malzemeleri temizlediniz mi? 2 g potasyum iyodat tartarak bir litre çözelti hazırladınız mı? 100 ml nişasta çözeltisi hazırladınız mı? 50 ml nişasta alarak içerisine 5 ml sülfürik asit ve 0,4 g sodyum bisülfit ekleyerek 1 litrelik çözelti hazırladınız mı? Temiz bir behere 20 ml ilk çözeltinizden aldınız mı? Başka bir behere 20 ml ikinci çözeltiden aldınız mı? İki çözeltiyi karıştırarak kronometreyi başlattınız mı? Renk değişimi tamamlanınca kronometreyi durdurdunuz mu? Tepkimenin oluşum süresini kaydettiniz mi? Temiz bir beher alıp içerisine 10 ml birinci çözeltiden ve 10 ml saf su koydunuz mu? Başka bir behere 20 ml ikinci çözeltiden koydunuz mu? İki beherdeki çözeltileri karıştırarak kronometreyi çalıştırdınız mı? Renk değişimi tamamlanınca kronometreyi durdunuz mu? Her iki sonucu karşılaştırdınız mı? Malzemeleri temizleyip yerine kalırdınız mı? Sonuçları rapor ettiniz mi? Evet Hayır DEĞERLENDİRME Bu faaliyet sırasında bilgi konularında veya uygulamalı iş parçalarında anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Kendinizi yeterli görüyorsanız diğer öğrenme faaliyetine geçiniz. Yetersiz olduğunuzu düşünüyorsanız öğretmeninize danışınız. 37 ÖĞRENME FAALİYETİ-2 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYETİ-2 Gerekli ortam sağlandığında kuralına uygun olarak kimyasal reaksiyonların sıcaklıkla hız kontrolünü yapabilecek bilgi, beceri ve deneyime sahip olacaksınız. ARAŞTIRMA Ø Ø Hamuru mayalanması için neden sıcak bir yere koyarız? Açıklayınız. Neden yemekleri çabuk bozulmaması için buzdolabına koyarız? Araştırınız. 2. TEPKİME HIZINA SICAKLIĞIN ETKİSİ Çarpışma teorisine göre bir tepkimenin gerçekleşebilmesi için tepkimeye katılan taneciklerin belli bir enerji ile çarpışmalarını gerektiğini öğrenmiştiniz. Eğer taneciklerin enerjilerini artırabilirsek, etkin çarpışma olasılığı da artacaktır. Sıcaklık artırıldığında taneciklerin kinetik enerjileri artar, dolayısıyla çarpışmaları daha sık ve daha şiddetli olur. Bu durumda tepkime hızı artar. Şekil 2.1: Sıcaklığın artması ile tanecikler daha sık ve etkili çarpışırlar 38 Ø Sıcaklığın artması gerek endotermik gerekse ekzotermik tüm tepkimelerin hızını artırır. Ø Sıcaklığın değişmesi tepkimenin aktifleşme enerjisini değiştirmez. Aşağıdaki grafikte iki farklı sıcaklıkta taneciklerin sahip oldukları kinetik enerjinin dağılımı görülmektedir. Grafikte görüldüğü gibi daha yüksek olan T2 sıcaklığında aktivasyon enerjisi engelini aşabilecek enerjiye sahip tanecik sayısı kırmızı ve mavi ile taranmış alanların toplamı kadardır. T1 sıcaklığında ise aktivasyon enerjisi engelini aşabilecek kadar enerjiye sahip tanecik sayısı kırmızı ile taralı alan kadardır. Bu eğrilerden de anlaşılabileceği gibi sıcaklık yükseldikçe aktivasyon enerjisi engelini aşabilen tanecik sayısı artar dolayısıyla tepkime hızı da artar. Yapılan incelemelere göre sıcaklıktaki 10 °K’lik bir artış bile tepkime hızını iki katına çıkarabilmektedir. Tanecik Sayısı T1=200 K T2=210 K Aktivason Enerjisi (Ea) Kinetik Enerji Grafik 2.1: Sıcaklığın taneciklerin kinetik enerjisine etkisi ( Maxwell-Boltzman Dağılım Eğrisi ) 39 Örnek: Tanecik Sayısı T2 T1 Ea Kinetik Enerji Bir tepkimede, reaktif taneciklerinin T1 ve T2 sıcaklıklarındaki kinetik enerji dağılımları şekilde görülmektedir. Sıcaklık T1’den T2’ye getirildiğinde; aşağıdakilerden hangileri değişir? I. Taneciklerin kinetik enerjileri II. Aktivasyon enerjisi III. Etkin çarpışmaların sayısı Çözüm: Grafiğe göre T1 sıcaklığı T2’den büyüktür. T1 > T2’dir. Buna göre; I. Sıcaklık T1’den T2’ye düştüğünde taneciklerin kinetik enerjisi azalır. II. Sıcaklık değişimi aktivasyon enerjisini etkilemez. III. Taneciklerin ortalama kinetik enerjisi azalınca, aktivasyon enerjisini aşabilen taneciklerin sayısı azalır. Bu durumda da etkin çarpışma sayısı azalır. I ve III değişir. II değişmez. 40 UYGULAMAFAALİYETİ FAALİYETİ UYGULAMA İşlem Basamakları Ø Ø 2 gram potasyum iyodat tartarak bir litre çözelti hazırlayınız. ( A Ø çözeltisi) Ø Öneriler İş önlüğünüzü giyerek çalışma masanızı düzenleyiniz. Çalışma ortamınızı hazırlayınız. Kullanacağınız malzemeleri önce çeşme suyu sonra saf su ile temizleyip kurumasını sağlayınız. Ø Tarttığınız potasyum iyodatı önce behere koyup az miktarda saf su ile çözünüz. Ø Az miktarda saf su ile çözdüğünüz potasyum iyodatı 1 litrelik balon jojoye aktarınız. Daha sonra balon jojenin çizgisine kadar saf su ile tamamlayınız. 41 Ø 100 ml hazırlayınız. nişasta Ø Nişasta çözeltisini hazırlamak için öncelikle 2 gram nişasta tartıp 5 ml su ile bulamaç yapınız. Ø Hazırladığınız karışımı 100 ml kaynar suya ekleyiniz ve bir dakika kaynatınız. çözeltisi 42 Ø 50 ml nişasta çözeltisi alarak içerisine 5 ml, 1 M sülfürik asit ve 0,4 gram sodyum bisülfit ekleyerek saf su ile bir litreye tamamlayınız. ( B çözeltisi ) Ø Ø Ø Nişasta çözeltisini soğuduktan sonra kullanınız. Sülfürik asit çok kuvvetli bir asittir. Pipet ile alırken dikkatli olunuz. Temiz bir behere 20 ml A Ø çözeltisini mezürle ölçerek alınız. Çözeltinin etrafa dökülmemesi için bir huni yardımı ile mezüre aktarınız. 43 Ø Ø Ø Temiz bir behere 20 ml B çözeltisini mezürle ölçerek alınız. Ø Çözeltinin etrafa dökülmemesi için bir huni yardımı ile mezüre aktarınız. Ø Karıştırma işlemini dikkatli yapınız. A ve B çözeltilerini karıştırarak kronometreyi başlatınız. Renk değişimi gözlenince kronometreyi durdurunuz. 44 Ø Ø Tepkimenin oluşum süresini kaydediniz. Temiz bir beher alıp içerisine 20 ml A çözeltisi alınız. Ø Ø Ø Başka bir behere 20 ml B çözeltisni mezürle ölçerek koyunuz. 45 Çözeltiyi mezürle ölçünüz. Çözeltinin etrafa dökülmemesi için bir huni yardımı ile mezüre aktarınız. Ø Her iki beheri de ayrı ayrı su banyosunda 60 ºC’ye kadar ısıtınız. Ø Ø Ø Su banyosunda ısıtma işlemini dikkatli yapınız. Yanıklara karşı önlem alınız. İki beherdeki çözeltileri karıştırarak kronometreyi çalıştırınız. Ø Renk değişimi tamamlanınca kronometreyi durdurunuz. Ve sonucu kaydediniz. Ø Her iki sonucu karşılaştırınız. Ø Karıştırma esnasında çözeltilerin etrafa dökülmemesine dikkat ediniz. Ø Sonuçları rapora saklayınız. 46 eklemek üzere Ø Malzemeleri temizleyip yerlerine kaldırınız. Ø Sonuçları rapor ediniz. Ø Laboratuvarda temizlik çok önemlidir. Kullandığınız tüm malzemeleri önce çeşme suyu sonra saf su ile yıkayıp malzemeler kuruduktan sonra yerlerine kaldırınız. Ø Rapor hazırlamak çok önemlidir. Amacınızı, işlem basamaklarınızı, sonucunuzu içeren bir rapor hazırlayınız. 47 ÖLÇMEVE VEDEĞERLENDİRME DEĞERLENDİRME ÖLÇME Aşağıdaki sorulardan ilkinde uygun seçeneği işaretleyiniz. Diğer soruların doğru mu yoksa yanlış mı olduğunu belirtiniz. 1. Tanecik Sayısı T2 Kinetik enerji dağılımı grafikteki gibi olan tepkime için; T1 I. T2 sıcaklığında eşik enerjisi daha büyüktür. II. T2 sıcaklığı, T1 sıcaklığından daha büyüktür. III. T1 sıcaklığında tepkime hızı daha büyüktür. yargılarından hangileri doğrudur? Ea Kinetik Enerji A) Yalnız I B) II ve III C) Yalnız III D) I ve III 2. Taneciklerin enerjilerini artırırsak etkin çarpışma olasılığı da artacaktır. (D/Y) 3. Sıcaklığın artması endotermik tepkimelerin hızını artırırken ekzotermik tepkimelerin hızını azaltır. (D/Y) 4. Sıcaklık artırılınca tepkimenin aktifleşme enerjisi de artar.(D/Y) 5. Sıcaklık artırıldığında taneciklerin kinetik enerjileri artar. (D/Y) 6. Sıcaklık artırıldığında aktivasyon enerjisi engelini aşabilecek tanecik sayısı arttığı için tepkime hızı artar. (D/Y) DEĞERLENDİRME Sorulara verdiğiniz cevaplar ile cevap anahtarınızı karşılaştırınız, cevaplarınız doğru ise uygulamalı teste geçiniz. Yanlış cevap verdiyseniz öğrenme faaliyetinin ilgili bölümüne dönerek konuyu tekrar ediniz. 48 PERFORMANSDEĞERLENDİRME DEĞERLENDİRME PERFORMANS 0,1 M 100 ml potasyum permanganat çözeltisi (üzerine 5 ml derişik sülfürik asit ekleyerek ortamı asitlendiriniz) ve 0,1 M 100 ml sodyum okzalat çözeltileri hazırlayarak bu çözeltilerin 50’şer mililitrelerini önce oda sıcaklığında ve sonra 60 °C’deki su banyosunda karıştırıp tepkime hızlarını karşılaştırınız ve raporunuzu yazınız. İşlemlerden sonra aşağıdaki kontrol listesini doldurunuz. Cevabı “hayır” olan soruları öğretmeninize danışınız. Gerekli malzemeler: 1. Beher 5. Kronometre 9. Su banyosu 2. Spatül 6. Mezür 3. Isıtma düzeneği 7. Pipet 4. Balon joje 8. Piset 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Değerlendirme Ölçütleri İş önlüğünüzü giyip çalışma masanızı düzenlediniz mi? Kullanacağınız malzemeleri temizlediniz mi? 0,1 M 100 ml potasyum permanganat çözeltisi hazırladınız mı? 0,1 M 100 ml sodyum okzalat çözeltisi hazırladınız mı? Temiz bir behere 50 ml potasyum permenganat çözeltisinden aldınız mı? Başka bir behere 50 ml sodyum okzalat çözeltisinden aldınız mı? İki çözeltiyi karıştırarak kronometreyi başlattınız mı? Renk değişimi tamamlanınca kronometreyi durdurdunuz mu? Tepkimenin oluşum süresini kaydettiniz mi? Temiz bir beher alıp içerisine 50 ml potasyum permanganat çözeltisi koydunuz mu? Başka bir behere 50 ml sodyum okzalat çözeltisinden koydunuz mu? Her iki beheri de ayrı ayrı su banyosunda 60 ºC’ye kadar ısıttınız mı? İki beherdeki çözeltileri karıştırarak kronometreyi çalıştırdınız mı? Renk değişimi tamamlanınca kronometreyi durdunuz mu? Her iki sonucu karşılaştırdınız mı? Malzemeleri temizleyip yerine kaldırdınız mı? Sonuçları rapor ettiniz mi? Evet Hayır DEĞERLENDİRME Bu faaliyet sırasında bilgi konularında veya uygulamalı iş parçalarında anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Kendinizi yeterli görüyorsanız diğer öğrenme faaliyetine geçiniz. Yetersiz olduğunuzu düşünüyorsanız öğretmeninize danışınız. 49 ÖĞRENME FAALİYETİ-3 ÖĞRENME FAALİYETİ-3 AMAÇ Gerekli ortam sağlandığında kuralına uygun olarak kimyasal reaksiyonların katalizör etkisiyle hız kontrolünü yapabilecek bilgi, beceri ve deneyime sahip olacaksınız. ARAŞTIRMA Ø Ø Ø Vücudumuzda besinlerin sindirilmesini sağlayan kimyasalları ve özelliklerini araştırınız? Işık ve sıcaklığın katalizör olduğu tepkimeleri araştırınız. Sütün yoğurt ve peynir olmasında hangi katalizörler kullanılır? Araştırarak arkadaşlarınızla tartışınız. 3. TEPKİME HIZINA KATALİZÖRÜN ETKİSİ Yüz yıl kadar önce bir kimyacı, içinde hidrojen oksijen karışımı bulunan bir kaba dikkatle platin bir tel daldırmıştı. Sonuç olağanüstüydü. Kabın içi su buharı ile dolmuştu. Sıcaklık – basınç değişmediğinde binlerce yıl süreceği hesaplanan hidrojen-oksijen tepkimesi bir iki saniyede gerçekleşmişti. Üstelik hepsi bu da değildi. İki gazın bir anda birleşmesine neden olan platin tel hiçbir değişikliğe uğramamıştı, ne görünüşü, ne kimyası, ne de ağırlığı… Bu bilim adamı, bir sihirbaz değil, Alman kimyacı Döbereiner’di. Gözlemlediği bu olaya bugün kataliz adı verilmektedir. Bir kimyasal tepkimeye giren, tepkimeden değişikliğe uğramadan çıkan, tepkimelerin hızlarını artıran maddelere katalizör denir. Örneğin ışık pek çok tepkimede katalizör olarak kullanılır. Katalizörlerin tepkimede gördüğü işleve kataliz denir. Tepkimeleri hızlandıran maddeler bulunduğu gibi yavaşlatan maddeler de bulunur. Bunlara inhibitör adı verilir. Vücudumuzda ve yaşamımızda önemli bir yer tutan enzimler, biyolojik katalizörlerdir. Tükürüğümüzde bulunan pityalin, mide özsuyunda bulunan pepsin; protein ve nişasta gibi büyük moleküllü maddelerin daha küçük parçalara ayrılmasını hızlandırır. Mayalanma olayında da enzimler iş başındadır. 50 Resim 3.1: Mayalanma Katalizörler tepkimede değişikliğe uğramadıklarından, net tepkime denklemlerinde gösterilmezler. Tepkime okunun üzerine yazılırlar. MnO2 KCl(k) Ê 3/2O2(g) KClO3(k) Yukarıdaki tepkimede MnO2 katalizördür. Katalizörler başlaması mümkün olmayan tepkimeleri başlatamazlar ve her tepkimenin katalizörü farklıdır. Örneğin suyun oluşumu tepkimesinde platin yerine alüminyum bir çubuk kullansaydık aynı sonucu alamazdık. Katalizörler homojen ve heterojen katalizörler olmak üzere ikiye ayrılırlar. Kükürt dioksit gazının oksijen gazı ile tepkimeye girerek kükürt trioksit gazı oluşturmasında vanadyum (V) oksit katısı katalizör olarak kullanılır. V2O5(k) 2SO2(g) Ê O2(g) 2SO3(g) Bu örnekte olduğu gibi katalizör tepkimeye giren maddelerle aynı fazda bulunmuyorsa, bu tür katalizörlere heterojen katalizör denir. Yukarıdaki örnekte reaktifler gaz fazında iken, katalizör katı fazdadır yani reaktiflerden farklı fazdadır bu yüzden bu tepkimede V2O5 heterojen katalizördür. Diazot monoksit gazının, azot ve oksijen gazlarına bozunmasında ise klor gazı katalizör olarak kullanılmaktadır. Cl2(g) 2N2(g) Ê O2(g) 2N2O(g) 51 Bu örnekte olduğu gibi tepkimeye girenler ile aynı fazda bulunan katalizörlere homojen katalizörler denir. Örnekte hem reaktifler hem de katalizör gaz fazındadır. Dolayısıyla klor gazı bu tepkimede homojen katalizördür. Katalizörler tepkimelerin ileri ve geri yöndeki aktivasyon enerjisini düşürerek daha düşük enerjili aktifleşmiş kompleks oluşmasını sağlar. Bu şekilde aktivasyon enerjisi engelini aşabilecek tanecik sayısı artar. Bu da tepkime hızını artırır. Tanecik Sayısı K Katalizör ilavesi ile ürün oluşturabilen yeni tanecikler Ea(katalizörlü) Ürün oluşumu için yeterli enerjiye sahip tanecikler Ea Kinetik Enerji Grafik 3.1: Katalizörün tepkime hızına etkisi Yukarıdaki grafikte katalizörün tepkime hızına etkisi görülmektedir. Katalizör ilave edildiğinde aktivasyon enerjisi azaldığı için ürün oluşturabilecek enerjiye sahip tanecik sayısı artmıştır. Katalizör hem ileri hem de geri yöndeki aktivasyon enerjisini aynı oranda düşürür, bu yüzden katalizör kullanmak bir tepkimenin ΔHº değerini değiştirmez. 52 Katalizörsüz Katalizörlü Potansiyel Enerji Eag Eai Eag(kat.) Eai(kat.) Ürünler ΔHº Girenler Tepkime Yönü Grafik 3.2: Bir tepkimenin katalizörlü ve katalizörsüz potansiyel enerji grafiği ( katalizörlü tepkime için potansiyel enerji grafiği kırmızı ile gösterilmiştir. ) 3.1. Katalizörlerin Genel Özellikleri Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Gerçekleşmesi mümkün olmayan tepkimeleri başlatamazlar. Her tepkimenin kendine özgü katalizörü vardır. Tepkime mekanizmasını ve hız sabitini değiştirirler. Tepkimelerin aktifleşme enerjisini düşürerek enerji engelini aşan tanecik sayısını artırıp tepkimeyi hızlandırırlar. Tepkimelerin ileri ve geri aktifleşme enerjisini eşit ölçüde azaltarak, tepkime ısısının işaretini ve sayısal değerini değiştirmezler. Aktifleşmiş kompleksin enerjisini düşürürler. Tepkimelerin yönünü, ürün miktarını ve türünü değiştirmezler. Katalizörler net denklemlerde yer almazlar. Tepkime okunun üzerine yazılırlar. Katalizör sadece mekanizmadaki en yavaş adımın aktifleşme enerjisini düşürür; diğer adımları etkilemez. 53 Örnek: H2O2(suda) Ê I-(suda) H2O(s) Ê IO-(suda) (yavaş) H2O2(suda) Ê IO-(suda) H2O(s) Ê O2(g) Ê I-(suda) (hızlı) Yukarıda mekanizması verilen tepkimede katalizör ve ara ürün hangisidir? Net denklemi yazarak açıklayınız. Çözüm: H2O2(suda) Ê I-(suda) H2O(s) Ê IO-(suda) (yavaş) H2O2(suda) Ê IO-(suda) H2O(s) Ê O2(g) Ê I-(suda) (hızlı) Net Denklem: 2H2O2(suda) 2H2O(s) Ê O2(g) IO- birinci basamakta oluşmuş ve ikinci basamakta harcanmıştır. Net denklemde yer almaz. Bu yüzden ara üründür. I- tepkimeye girmiş ve hiçbir değişikliğe uğramadan çıkmıştır. Bu yüzden katalizördür. 54 UYGULAMAFAALİYETİ FAALİYETİ UYGULAMA Ø İşlem Basamakları Temiz bir behere 0,1 M potasyum permanganat çözeltisinden mezürle 25 ml alınız. Öneriler Ø Ø Ø Ø Ø 55 İş önlüğünüzü giyerek çalışma masanızı düzenleyiniz. Çalışma ortamınızı hazırlayınız. Kullanacağınız malzemeleri önce çeşme suyu sonra saf su ile temizleyip kurumasını sağlayınız. 0,1 M 100 ml potasyum permanganat çözeltisi hazırlamak için gerekli hesaplamaları yaptıktan sonra bulduğunuz miktarda potasyum permanganat tartınız. Az miktarda saf su ile çözdüğünüz potasyum permanganatı 100 ml’lik balon jojoye aktarınız. Daha sonra balon jojenin çizgisine kadar saf su ile tamamlayınız. Ø Ø 0,1 M,100 ml okzalik asit çözeltisi hazırlamak için gerekli hesaplamaları yapınız ve hesapladığınız miktarda okzalik asit tartınız. Ø 2M, 100 ml sülfürik asit çözeltisi için gerekli hesaplamaları yaptıktan sonra bulduğunuz miktarda asidi pipetle çekiniz. Bir behere sülfürik asit ile asitlendirilmiş 0,1 M okzalik asit çözeltisinden 25 ml mezürle alınız. 56 Ø Ø 57 Asit çözeltisi hazırlarken balon jojeye önce suyu sonra asidi koymanız gerektiğini unutmayınız. Tarttığınız okzalik asidi hazırladığınız sülfürik asit çözeltisi ile tamamlayınız. Ø İki çözeltiyi karıştırarak kronometreyi çalıştırınız. 3 1 4 2 5 58 Ø Ø Ø Renk değişimi bitince kronometreyi durdurunuz ve süreyi kaydediniz. Temiz bir behere 0,1 M potasyum permanganat çözeltisinden mezürle 25 ml alınız. Ø Ø Çözeltiyi mezürle ölçünüz. Çözeltinin etrafa dökülmemesi için bir huni yardımı ile mezüre aktarınız. Ø Ø Çözeltiyi mezürle ölçünüz. Çözeltinin etrafa dökülmemesi için bir huni yardımı ile mezüre aktarınız. Bir behere sülfürik asit ile asitlendirilmiş 0,1 M okzalik asit çözeltisinden 25 ml mezürle alınız. 59 Ø İki çözeltiyi karıştırınız. Ø Karşımın üzerine spatül ucu ile katı mangan (II) sülfat ekleyiniz ve kronometreyi çalıştırınız. Ø 60 Katıyı dikkatli alınız ve dökülmemesine dikkat ediniz. etrafa Ø Renk değişimi bitince kronometreyi durdurunuz ve süreyi kaydediniz. 4 1 5 2 6 3 61 Ø Her iki sonucu karşılaştırınız. Ø Malzemeleri temizleyip yerlerine kaldırınız. Ø Ø Sonuçları rapora saklayınız. Ø Laboratuvarda temizlik çok önemlidir. Kullandığınız tüm malzemeleri önce çeşme suyu sonra saf su ile yıkayıp malzemeler kuruduktan sonra yerlerine kaldırınız. Ø Rapor hazırlamak çok önemlidir. Amacınızı, işlem basamaklarınızı, sonucunuzu içeren bir rapor hazırlayınız. eklemek üzere Sonuçları rapor ediniz. 62 ÖLÇMEVE VEDEĞERLENDİRME DEĞERLENDİRME ÖLÇME Aşağıdaki sorulardan ilk ikisinde uygun seçeneği işaretleyiniz. Diğer sorularda boş olan yerleri doldurunuz. 1. Katalizör için aşağıdakilerden hangisi yanlıştır? A) Tepkimenin başlaması için gerekmez. B) Tepkimenin mekanizmasını değiştirir. C) Tepkime ısısını değiştirir. D) Aktivasyon enerjisini değiştirir. 2. I. Katalizörler ürün miktarını artırır. II. Hız sabitini değiştirirler. III. Tepkime denkleminde girenler kısmına yazılırlar. Yukarıdaki ifadelerden hangileri doğrudur.? A) Yalnız I B) I ve II C) II ve III D) Yalnız II 3. Tepkimeleri yavaşlatan maddelere …………….. denir. 4. Katalizör tepkimeye giren maddelerle aynı fazda bulunmuyorsa, bu tür katalizörlere …………… …………… denir. 5. Katalizör hem ileri hem de geri yöndeki aktivasyon enerjisini aynı oranda düşürür, bu yüzden katalizör kullanmak bir tepkimenin ………….. değerini değiştirmez. 6. Katalizör ilave edildiğinde …………. ……………. aşabilecek tanecik sayısı artar. Bu da tepkime hızını artırır. 7. Katalizörler tepkimelerin ürün miktarını ……………….. 8. ………….. biyolojik katalizörlerdir. DEĞERLENDİRME Sorulara verdiğiniz cevaplar ile cevap anahtarınızı karşılaştırınız, cevaplarınız doğru ise uygulamalı teste geçiniz. Yanlış cevap verdiyseniz öğrenme faaliyetinin ilgili bölümüne dönerek konuyu tekrar ediniz. 63 PERFORMANSDEĞERLENDİRME DEĞERLENDİRME PERFORMANS Potasyum permanganat ve okzalit asit çözeltilerini kullanarak tepkime hızına katalizörün (mangan (II) sülfat ) etkisini gösteren uygulama faaliyetini yapınız ve raporunuzu yazınız. İşlemlerden sonra aşağıdaki kontrol listesini doldurunuz. Cevabı “hayır” olan soruları öğretmeninize danışınız. Gerekli malzemeler: 1. Beher 5. Kronometre 2. Spatül 6. Mezür 3. Piset 7. Pipet 4. Balon joje 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 Değerlendirme Ölçütleri İş önlüğünüzü giyip çalışma masanızı düzenlediniz mi? Kullanacağınız malzemeleri temizlediniz mi? Temiz bir behere 0,1 M potasyum permanganat çözeltisinden 25 ml aldınız mı? Bir behere sülfürik asit ile asitlendirilmiş 0,1 M okzalik asit çözeltisinden 25 ml aldınız mı? İki çözeltiyi karıştırarak kronometreyi çalıştırdınız mı? Renk değişimi bitince kronometreyi durdurup ve süreyi kaydettiniz mi? Temiz bir behere 0,1 M potasyum permanganat çözeltisinden 25 ml aldınız mı? Bir behere sülfürik asit ile asitlendirilmiş 0,1 M okzalik asit çözeltisinden 25 ml aldınız mı? İki çözeltiyi karıştırdınız mı? Karşımın üzerine spatül ucu ile katı mangan (II) sülfat ekleyiniz ve kronometreyi çalıştırdınız mı? Renk değişimi bitince kronometreyi durdurunuz ve süreyi kaydettiniz mi? Her iki sonucu karşılaştırdınız mı? Malzemeleri temizleyip yerine kaldırdınız mı? Sonuçları rapor ettiniz mi? Evet Hayır DEĞERLENDİRME Bu faaliyet sırasında bilgi konularında veya uygulamalı iş parçalarında anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Kendinizi yeterli görüyorsanız diğer öğrenme faaliyetine geçiniz. Yetersiz olduğunuzu düşünüyorsanız öğretmeninize danışınız. 64 ÖĞRENME FAALİYETİ-4 ÖĞRENME FAALİYETİ-4 AMAÇ Gerekli ortam sağlandığında kuralına uygun olarak kimyasal reaksiyonların temas yüzeyinin etkisiyle hız kontrolünü yapabilecek bilgi, beceri ve deneyime sahip olacaksınız. ARAŞTIRMA Ø Ø Sobada odun mu yoksa talaş mı daha hızlı yanar? Neden? Kesme şekerin toz şekerden daha zor çözünmesinin sebebi nedir? Açıklayınız. 4. TEPKİME HIZINA TEMAS YÜZEYİNİN ETKİSİ Kimyasal tepkimelere katılan taneciklerin farklı fazlarda olduğu heterojen sistemlerde taneciklerin birbirlerine temas eden yüzeyleri arttıkça etkin çarpışmaların sayısı ve buna bağlı olarak da tepkime hızı artar. Temas yüzeyini artırmak için katının tanecik büyüklüğü azaltılmalıdır. Örneğin, toz kömür parça kömürden daha hızlı yanar. Basınçlı hava ile karıştırılmış toz kömür çok hızlı ve patlama şeklinde reaksiyona girer. Resim 4.1: Patlama Magnezyum metali hidroklorik asit gibi bir asidin tepkimesinde çarpışma magnezyum metali ve hidrojen iyonları arasında gerçekleşir. Mg(k) Ê 2H+(suda) Mg+2(suda) Ê H2(g) 65 Hidrojen iyonları kenardaki atomlara çarpar Hidrojen iyonları merkezdeki kısımlara çarpamazlar. Hidrojen iyonları küçük parçalara ayrılmış olan magnezyumun hemen hemen her yerine çarpar. 66 Ø Bir tepkimenin hızını etkileyen etmenlerden sadece “konsantrasyon” hız sabitini etkilemez. Sıcaklık, temas yüzeyi ve katalizör, hız sabitini etkiler. • • • Sıcaklık yükseldikçe hız sabitinin değeri artar. Temas yüzeyi arttıkça hız sabitinin değeri artar. Katalizör kullanılırsa hız sabitinin değeri artar. 67 UYGULAMAFAALİYETİ FAALİYETİ UYGULAMA Ø İşlem Basamakları 1 g çinko granül tartıp temiz bir behere koyunuz. Öneriler Ø Ø Ø 68 İş önlüğünüzü giyerek çalışma masanızı düzenleyiniz. Çalışma ortamınızı hazırlayınız. Kullanacağınız malzemeleri önce çeşme suyu sonra saf su ile temizleyip kurumasını sağlayınız. Ø Ø Üzerine 50 ml, 1 M HCl koyup kronometreyi çalıştırınız. Ø Ø Ø Ø Çinkonun tükendiği süreyi kaydediniz. 69 100 ml, 1M HCl çözeltisi hazırlamak için hesaplamaları yapınız ve bulduğunuz miktarda HCl’yi pipet ile çekiniz. Balon jojeye önce saf su koyup üzerine asidi ilave ediniz. Balon jojenin çizgisine kadar saf su ile tamamlayınız. Çinko üzerine asit ilavesini çeker ocakta yapınız. Çeker ocakta alev ile çalışılmamasına dikkat ediniz. Ø Ø 1 g toz çinko tartıp temiz bir behere koyunuz. Üzerine 50 ml, 1 M HCl koyup kronometreyi çalıştırınız. Ø Çözeltiyi mezürle ölçünüz. Ø Çinko üzerine asit ilavesini çeker ocakta yapınız. 70 Ø Çinkonun tükendiği süreyi kaydediniz. 71 Ø Ø Ø Her iki sonucu karşılaştırınız. Ø Sonuçları rapora eklemek üzere saklayınız. Ø Laboratuvarda temizlik çok önemlidir. Kullandığınız tüm malzemeleri önce çeşme suyu sonra saf su ile yıkayıp malzemeler kuruduktan sonra yerlerine kaldırınız. Ø Rapor hazırlamak çok önemlidir. Amacınızı, işlem basamaklarınızı, sonucunuzu içeren bir rapor hazırlayınız. Malzemeleri temizleyip yerlerine kaldırınız. Sonuçları rapor ediniz. 72 ÖLÇMEVE VEDEĞERLENDİRME DEĞERLENDİRME ÖLÇME Aşağıdaki sorulardaki cümlelerin doğru mu yoksa yanlış mı olduğunu belirtiniz. 1. Temas yüzeyinin artması tepkime hızını artırır. (D/Y) 2. Temas yüzeyi arttıkça etkin çarpışma sayısı arttığı için tepkime hızı artar. (D/Y) 3. Parça kömür, toz kömürden daha hızlı yanar. (D/Y) 4. Temas yüzeyinin değişmesi hız sabitini değiştirir. (D/Y) DEĞERLENDİRME Sorulara verdiğiniz cevaplar ile cevap anahtarınızı karşılaştırınız, cevaplarınız doğru ise uygulamalı teste geçiniz. Yanlış cevap verdiyseniz öğrenme faaliyetinin ilgili bölümüne dönerek konuyu tekrar ediniz. 73 PERFORMANS DEĞERLENDİRME PERFORMANS DEĞERLENDİRME Tepkime hızına temas yüzeyinin etkisini alüminyum ve HCl kullanarak yapınız ve raporunuzu yazınız. İşlemlerden sonra aşağıdaki kontrol listesini doldurunuz. Cevabı “hayır” olan soruları öğretmeninize danışınız. Gerekli malzemeler: 1. Beher 5. Kronometre 2. Spatül 6. Mezür 3. Piset 7. Pipet 4. Balon joje Değerlendirme Ölçütleri 1 İş önlüğünüzü giyip çalışma masanızı düzenlediniz mi? 2 Kullanacağınız malzemeleri temizlediniz mi? 3 1 g alüminyum granül tartıp temiz bir behere koydunuz mu? 4 Üzerine 50 ml, 1 M HCl koyup kronometreyi çalıştırdınız mı? 5 Alüminyumun tükendiği süreyi kaydettiniz mi? 6 1 g toz alüminyum tartıp temiz bir behere koydunuz mu? 7 Üzerine 50 ml, 1 M HCl koyup kronometreyi çalıştırdınız mı? 8 Alüminyumun tükendiği süreyi kaydettiniz mi? 9 Her iki sonucu karşılaştırdınız mı? 10 Malzemeleri temizleyip yerine kaldırdınız mı? 11 Sonuçları rapor ettiniz mi? Evet Hayır DEĞERLENDİRME Bu faaliyet sırasında bilgi konularında veya uygulamalı iş parçalarında anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Kendinizi yeterli görüyorsanız diğer öğrenme faaliyetine geçiniz. Yetersiz olduğunuzu düşünüyorsanız öğretmeninize danışınız 74 MODÜL DEĞERLENDİRME MODÜL DEĞERLENDİRME Aşağıdaki sorularda uygun seçeneği işaretleyiniz. 1. I. 2C(k) + O2(g) 2CO(g) II. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) III. N2(g) + O2(g) 2NO(g) Yukarıdaki tepkimelerin hangilerinde hız, basınç değişimi ile izlenebilir? A) I ve II B) Yalnız II C) II ve III D) I ve III 2. Bir kimyasal tepkimenin oluşumunda aşağıdakilerden hangisi yanlıştır? A) Tepkime verecek taneciklerin çarpışması gerekir. B) Moleküllerin kinetik enerjileri arttıkça çarpışmaları da hızlı olur. C) Etkin çarpışmaların belli bir geometriye uygun olması gerekir. D) Bütün çarpışmalar tepkime ile sonuçlanır. 3. Aşağıdaki sitemlerden hangisinde tepkime hızı en yüksektir?( y ekseni tanecik sayısını, x ekseni kinetik enerjiyi göstermektedir.) A) B) C) D) Ea Ea Ea Ea 4. CaO(k) + CO2(g) CaCO3(k) tepkimesinin hızına aşağıda verilenlerden hangisi etki etmez? A) Basıncı artırmak C) Katalizör uygulamak B) CaO miktarını artırmak D) Kabın hacmini küçültmek 5. 2XY(g) + Y2(g) X2(g) + 2Y2(g) tepkimesi için deney sonuçları aşağıdaki gibidir. Buna göre yargılardan hangileri doğrudur? I. Hız ifadesi k.[Y2].[XY]’dir. II. Tepkime mekanizmalıdır. III. Hız sabiti 1.10-3’dür. DENEY 1 2 3 A) I ve II B) II ve III REAKTİF DERİŞİMLERİ [XY] mol/L 1.10-3 2.10-3 4.10-3 [Y2] mol/L 2.10-3 4.10-3 2.10-3 C) I, II ve III 75 D) I ve III HIZ 2.10-6 4.10-6 2.10-6 6. PE Potansiyel enerji grafiği verilen tepkime için aşağıdaki yargılardan hangileri doğrudur? I. Üç basamaklıdır. II. Tepkime hızını c basamağı belirler. III. Endotermiktir. IV. Katalizör b basamağına etkir. A) I, III ve IV C) I, II ve IV B) I, II ve III D) I, II, III ve IV b a c Tepkime Yönü 7. Tanecik Sayısı T1 T2 Bir tepkimeye ait iki ayrı sıcaklıktaki molekül sayısı-kinetik enerji grafiği yandaki gibidir ve T2>T1’dir. buna göre aşağıdakilerden hangisi yanlıştır? A) Sıcaklık arttıkça kinetik enerji artar. B) T2 sıcaklığında etkin çarpışma sayısı Ea artar. C) T1 sıcaklığında hız daha büyüktür. D) Her iki sıcaklıkta da Ea aynıdır. Kinetik enerji 8. Potansiyel 150 Enerji Bir tepkimeye ait potansiyel enerji grafiği yanda verilmiştir. Buna göre aşağıdaki yargılardan hangileri doğrudur? I. Tepkime ısısı – 50 kkal’dir II. Tepkime endotermiktir. III. Eai 130 kkal’dir. IV. Aktifleşmiş kompleksin enerjisi 150 kkal’dir. 70 20 A) II, III ve IV B) I, II ve III Tepkime Yönü C) I, II ve IV D) I, II, III ve IV DEĞERLENDİRME Sorulara verdiğiniz cevaplar ile cevap anahtarınızı karşılaştırınız, cevaplarınız doğru ise uygulamalı teste geçiniz. Yanlış cevap verdiyseniz öğrenme faaliyetinin ilgili bölümüne dönerek konuyu tekrar ediniz. 76 PERFORMANS TESTİ Potasyum permanganat ve okzalik asit (asitlendirilmiş) kullanarak tepkime hızına katalizörün ( mangan (II) sülfat ) etkisini gösteren uygulama faaliyetini yapınız ve raporunuzu yazınız. İşlemlerden sonra aşağıdaki kontrol listesini doldurunuz. Cevabı hayır olan soruları öğretmeninize danışınız. Gerekli malzemeler: 1. Beher 5. Kronometre 2. Spatül 6. Mezür 3. Piset 7. Pipet 4. Balon joje 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 Değerlendirme Ölçütleri İş önlüğünüzü giyip çalışma masanızı düzenlediniz mi? Kullanacağınız malzemeleri temizlediniz mi? Temiz bir behere 0,1 M potasyum permanganat çözeltisinden 25 ml aldınız mı? Bir behere sülfürik asit ile asitlendirilmiş 0,1 M okzalik asit çözeltisinden 25 ml aldınız mı? İki çözeltiyi karıştırarak kronometreyi çalıştırdınız mı? Renk değişimi bitince kronometreyi durdurup ve süreyi kaydettiniz mi? Temiz bir behere 0,1 M potasyum permanganat çözeltisinden 25 ml aldınız mı? Bir behere sülfürik asit ile asitlendirilmiş 0,1 M okzalik asit çözeltisinden 25 ml aldınız mı? İki çözeltiyi karıştırdınız mı? Karşımın üzerine spatül ucu ile katı mangan (II) sülfat ekleyiniz ve kronometreyi çalıştırdınız mı? Renk değişimi bitince kronometreyi durdurunuz ve süreyi kaydettiniz mi? Her iki sonucu karşılaştırdınız mı? Malzemeleri temizleyip yerine kaldırdınız mı? Sonuçları rapor ettiniz mi? Evet Hayır DEĞERLENDİRME Bu faaliyet sırasında bilgi konularında veya uygulamalı iş parçalarında anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Kendinizi yeterli görüyorsanız diğer öğrenme faaliyetine geçiniz. Yetersiz olduğunuzu düşünüyorsanız öğretmeninize danışınız. 77 CEVAP ANAHTARLARI CEVAP ANAHTARLARI ÖĞRENME FAALİYETİ-1’İN CEVAP ANAHTARI 1 D 2 D 3 B 4 C 5 C aktivasyon enerjisi etkin çarpışma aktifleşmiş kompleks yavaş 6 7 8 9 ÖĞRENME FAALİYETİ-2’NİN CEVAP ANAHTARI 1 C 2 Doğru 3 Yanlış 4 Yanlış 5 Doğru 6 Doğru 78 ÖĞRENME FAALİYETİ-3’ÜN CEVAP ANAHTARI 1 C 2 D 3 7 inhibitör heterojen katalizörler ΔH aktivasyon enerjisi değiştirmez 8 enzimler 4 5 6 ÖĞRENME FAALİYETİ-4’ÜN CEVAP ANAHTARI 1 Doğru 2 Doğru 3 Yanlış 4 Yanlış MODÜL DEĞERLENDİRME CEVAP ANAHTARI 1 A 2 D 3 B 4 B 5 B 6 A 7 C 8 A 79 KAYNAKLAR KAYNAKLAR Ø KARACA Faruk, Lise 2 Kimya, Paşa Yayıncılık, Ankara, 1998. Ø NEWMARK Ann, Kimyanın Öyküsü, TÜBİTAK, Ankara, 1999. Ø ÜLKER Nasuh, POLAT Rahim, ARIK Ahmet, Kimya Lise 1, Oran Yayınları, İzmir, 1991. Ø ÖSS Kimya, İletişim Dershanesi, Ankara, 2001. Ø UYANIK Ömer Lütfi, Kimya, Uğur Yayınları, İstanbul, 2006. Ø CEBE Mustafa, Fizikokimya (Cilt II), Uludağ Üniversitesi Basımevi, Bursa, 1995. Ø ERDİK Ender, SARIKAYA, Yüksel, Temel Üniversite Kimyası, Ankara, 1993. Ø TRIFONOV Vlaslov, 107 Kimya Öyküsü, TÜBİTAK, Ankara, 2005. Ø Konu Anlatımlı Kimya, Özel Kavram Dershanesi, İstanbul, 2002. İnternet Adresleri: Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø www.chemmybear.com www.burtonscience.com www.chemistry.about.com www.worldofmolecules.com www.biltek.tubitak.gov.tr www.mhhe.com www.lba.k12.nf.ca-cdli-chem3202 www.genchem.chem.wisc.edu chemistry.guide.ac www.blobs.org www.scienceteacherprogram.org mooni.fccj.org changeinmatter.tripod.com library.tedankara.k12.tr www.astroarts.jp www.psrd.hawaii.edu www.chemguide.co.uk cwx.prenhall.com 80