Kimyasal Tepkimeler

1
Kimyasal Tepkimeler
Kimyasal olaylar elementlerin birbirleriyle etkileşip elektron alışverişi yapmaları
sonucu oluşan olaylardır. Bu olaylar neticesinde bir bileşikteki atomların sayısı, dizilişi,
bağ türleri ve cinsleri değişebilir. Dolayısıyla fiziksel ve kimyasal özellikleri tamamen
farklı başka maddeler meydana gelir. Çevredeki olaylara dikkat edildiğinde binlerce
kimyasal olayın olduğu görülür. Örneğin yanma, çürüme ve mayalanma gibi olaylar
kimyasal olaylardır. Bu kimyasal olayların her biri ayrı ayrı tepkimelerle ifade edilir.
Kimyasal tepkimeler elementlerin simgeleri ve bileşik formülleri kullanılarak
kolayca ifade edilebilirler. Tepkimeye giren maddelere ‘girenler’ veya ‘reaktifler’ denir
eşitliğin sol tarafında gösterilirler. Tepkime sonucu oluşan maddelere ise ‘ürünler’ denir
ve eşitliğin sağ tarafında gösterilirler. Eşitlik ise bir ok (
) ile ifade edilir.
Dolayısıyla bir reaksiyon genel olarak;
Reaktifler
Ürünler
şeklinde ifade edilir. Örneğin A ve B maddeleri tepkimeye giren maddeler, C ve D
maddeleri de reaktifler olarak kabul edilirse, kimyasal tepkime aşağıdaki şekilde
gösterilir. A, B, C ve D’nin
aA + bB
cC + dD
Burada a, b, c ve d katsayılar olup genelde birer tamsayıdır. Benzer şekilde 25 oC’de
hidrojen ve oksijen gazlarından suyun oluşumu;
H2(g) + ½ O2(g)
H2O(s)
Tepkimesi ile ifade edilir. Atom ve moleküllerden kaçar tanesinin tepkimeye girdiği
veya çıktıkları sağ alt indis olarak ifade edilir ancak katsayı 1 ise yazılmaz.
Gerektiğinde maddelerin fiziksel halleri de sembollerinin sağında indis olarak katı (k),
sıvı (s), gaz (g) olarak parantez içinde yazılır.
Bir diğer tepkime olan CaCO3 ve H2SO4’ten CaSO4, CO2 ve H2O’nun oluşumu ise
aşağıdaki tepkime ile gösterilir.
CaCO3 + H2SO4
CaCO3 + CO2 + 2H2O
2
Kimyasal tepkimelerin denkleştirilmesi
Kimyasal tepkimelerin denkleştirilmesi kütlenin korunumu kanunundan faydalanılarak
yapılır.
KİMYASAL KANUNLAR
1. Kütlenin korunumu kanunu
Bir kimyasal tepkimede reaksiyona giren maddelerin atom sayıları ve çeşitleri her
zaman korunur. Dolayısıyla bir kimyasal tepkimede her zaman;
Reaktiflerin atom sayısı ve çeşidi = Ürünlerin atom sayısı ve çeşidi
Kimyasal tepkimelerde atom sayısı ve çeşidi korunduğundan dolayı kütle de korunur.
Dolayısıyla bir kimyasal tepkimede her zaman;
Reaktiflerin kütlesi = Ürünlerin kütlesi
Kimyasal tepkimelerde atom sayısı ve çeşidinin korunmasından faydalanılarak bir çok
kimyasal tepkime kolayca denkleştirilebilir. Örneğin, CH4 ve O2 nin CO2 ve H2O ya
dönüşme tepkimesini düşünelim. Tepkime;
CH4 + O2
CO2 + H2O
şeklinde yazılır. Daha sonra atom sayılarının eşitlenmesi için O2 ve H2O’nun başına 2
katsayısı konarak reaksiyon denkleştirilir ve aşağıdaki şekilde yazılır.
CH4 + O2
CO2 + 2H2O
Tepkimeleri denkleştirmenin bir başka yolu da katsayı yöntemidir. Bu yöntemde
tepkimedeki her maddenin başına harf cinsinden bir katsayı konularak harfler arasında
eşitlikler yazılır. Daha sonra en küçüğü bir alınarak diğer harflerin rakamsal değerleri
bulunur ve tepkimede söz konusu maddelerin başına konur.
Örneğin
C3H8 + O2
CO2 + H2O
Tepkimesinde
aC3H8 + bO2
cCO2 + dH2O
3
Şeklinde a, b, c, d şeklinde katsayılar konur. Reaksiyonun sağındaki ve solundaki C, H
ve O atomları sayıları eşit olacağından,
C atomu için 3a : c
H atomu için 8a : 2d
O atomu için 2b : 2c + d şeklinde eşitlikler yazılır. Dikkat edilirse burada en küçük
katsayı olan a: 1 alındığında, b: 5, c: 3, d: 4 bulunur. Bu katsayılar yerlerine
yazıldığında tepkime aşağıdaki gibi denkleşmiş olur.
C3H8 + 5O2
3CO2 + 4H2O
Tepkimelerin denkleştirilmesi için kullanılan katsayılar her zaman simge ya da
formüllerin başına konur. Bu katsayılar asla sağ alt indis olarak konmamalıdır ve sağ alt
indisteki katsayılar değiştirilmemelidir. Çünkü bu katsayılar değiştirilirse tepkimedeki
maddelerin cinsleri değiştirilmiş olur.
Soru:
Aşağıda verilen tepkime denklemlerini katsayı yöntemine göre denkleştiriniz.
a) KClO3  KCl  O 2
b) C3 H 7 OH  O 2  CO 2  H 2 O
Tepkime Çeşitleri
Tepkime denklemlerini, tepkimede oluşacak ürünlerin cinslerini tahmin edebilmek ve
denklemleri kolayca denkleştirmek için bazı tepkime çeşitlerini bilmekte büyük yararlar
vardır. Ayrıca kimyasal hesaplamaların kolay yapılabilmesi için de tepkime
çeşitlerinden önemli olanlarını bilmek gerekir. Burada kimyada sık sık kullanılan
önemli tepkime çeşitleri verilecektir.
1. Yanma (oksitlenme) tepkimeleri
Yanma veya oksitlenme oksijen ile tepkimeye girmek demektir. Birçok element ve
bileşik O2 ile kolayca tepkimeye girerek yanar ya da oksitlenir. Örneğin C, H2 ve S
elementleri sırasıyla CO, CO2, H2O, SO2 ve SO3 bileşiklerini oluşturarak yanarlar. Bu
tepkimeler,
C
1
O 2  CO
2
4
C  O2  CO 2
2H 2  O2  2H 2 O
S  O 2  SO 2
2SO 2  O 2  2SO 3
C3 H8  5O 2  3CO 2  4H 2 O şeklinde ifade edilebilirler.
Bu tepkimelere dikkat edilirse her zaman C sayısı kadar CO2, S sayısı kadar SO2 veya
SO3, hidrojen atomu sayısının yarısı kadar su oluşmaktadır. Bu durum birçok
reaksiyonda bize pratiklik sağlamaktadır.
2. Ayrışma (analiz) tepkimeleri
Bir bileşiğin kendisinden daha basit yapılı bileşiklere ya da kendi elementle
ayrıştırılmasına analiz denir. Ayrışma reaksiyonlarının meydana gelebilmesi için enerji
gereklidir. Dolayısıyla bu tip tepkimeler endotermiktir. Bu tip tepkimelerin standart
şartlarda gerçekleşen bazı örnekleri aşağıda verilmiştir.
2A grubu karbonatları ve bikarbonatlar ısı ile ayrışırken 1A grubu karbonatları
ayrışmaz.
CaCO 3 (k)  CaO (g)  CO 2 (g)
2NaHCO3 (k)  Na 2 CO3 (k)  CO 2 (g)  H 2 O(s)
3
KClO
 KCl  O
3 (k)
(k) 2 2 (g)
Ayrıca elektroliz tepkimeleri de bu gruba girer. Örneğin H2O’nun elektrolizi sonucu H2
ve O2 gazları oluşur. 2H 2 O(s)  2H 2(g)  O 2(g)
Elektroliz: Bir bileşiğin elektrik enerjisiyle kendi elementlerin ayrıştırılmasına elektroliz
denir.
3. Birleşme (sentez) tepkimeleri
Birden fazla element veya bileşiğin kimyasal tepkime sonucu birleşerek yeni bileşikler
oluşturmalarına sentez adı verilir ve söz konusu tepkimelere de sentez tepkimeleri denir.
Sentez tepkimeleri analiz tepkimelerinin tersidir. Bu tür tepkimeler genellikle
ekzotermiktirler. Örneğin H2 ve O2 gazları birleşerek H2O bileşiğini oluşturmaları bir
5
sentez tepkimesidir. Sentez tepkimelerinin bazı örnekleri aşağıda verilmiştir.
2H 2(g)  O 2(g)  2H 2 O(s)
Fe(k)  S(k)  FeS(k)
N 2(g)  3H 2(g)  2NH3(g)
K 2 O(k)  H 2 O(s)  2KOH(suda)
4. Yer değiştirme tepkimeleri
Yer değiştirme tepkimeleri elementlerin aktiflikleri ile ilgilidir. Aktifliği büyük olan
elementler aktifliği küçük olan elementlerle yer değiştirirler. Bu tip reaksiyonların
doğru tahmin edilebilmesi için elementlerin aktiflik sıralamalarının bilinmesi gerekir.
Elementlerin aktiflik sıralaması ile ilgili bilgiler Bölüm X’de ayrıntılı olarak
inceleneceğinden burada önemli olan bazı aktiflik bilgileri verilecektir. Hidrojen
atomundan daha kolay elektron veren metallere aktif metal, daha zor elektron veren
metallere ise soy ve yarı soy metaller denir. Yarı soy metaller Cu, Hg ve Ag, soy
metaller ise Au ve Pt’dir. Soy ve yarı soy metaller dışında kalan diğer metallerin tümü
aktif metaldir. Soy ve yarı soy metallerin aktiflik sıralamaları (elektropozitiflikleri)
aşağıdaki gibidir.
Au
Pt
Ag
Hg
Cu
Aktiflik artar
Ayrıca metallerin aktifliklerinin (elektropozitiflikleri) bir periyotta soldan sağa doğru
azalacağı ve bir grupta yukarıdan aşağıya doğru artacağı, ametallerin aktifliklerinin
(elektronegatiflik) ise bir periyotta soldan sağa doğru artacağı ve bir grupta yukarıdan
aşağıya doğru azalacağı unutulmamalıdır.
Yer değiştirme tepkimelerinin bazı örnekleri aşağıda verilmiştir.
 Cu
4(suda)
(k)
1
K
 H O  KOH
 H
(k)
2 (s)
(suda) 2 2(g)
M gI
F
 M gF
I
2(suda) 2(g)
2(suda) 2(k)
Zn
(k)
 CuSO
4(suda)
 ZnSO
6
5. Metallerin asitlerle olan tepkimeleri
Aktif metaller asitlerle tepkimeye girerek tuz ve H2 gazı oluştururlar.
Aktif metal + Asit
Tuz + H2(g)
Bu tip tepkimelerin bazı örnekleri aşağıda verilmiştir.
Na (k) + HCl (s)
NaCl (k) + 1/2H2 (g)
Mg (k) + H2SO4 (s)
MgSO4 (k) + H2 (g)
Al (k) + 3HNO3 (s)
Al(NO3)3 + 3/2H2 (g)
6. Yarı soy metallerin asitlerle olan tepkimeleri
Yarı soy metaller (Cu, Ag ve Hg) oksijensiz asitlerle tepkime vermezler ancak oksi
asitlerden yükseltgen özellik gösteren H2SO4 ve HNO3 ile tepkime verirler ancak bu
tepkimelerde H2 gazı açığa çıkmaz çünkü bu metallerin aktifliği H2 den daha düşüktür.
Cu (k)  2H 2SO 4(suda)  CuSO 4(suda)  SO 2(g)  2H 2 O (s)
Cu (k)  4HNO3(suda)  Cu(NO3 ) 2(suda)  2NO 2(g)  2H 2 O (s)
2Ag(k)  2H 2SO 4(suda,Der)  Ag 2SO 4(suda)  SO 2(g)  2H 2 O (s)
Ag(k)  2HNO3(suda,Der)  AgNO 3 (suda)  NO 2(g)  H 2 O (s)
3Cu (k)  8HNO3(suda,Sey)  3Cu(NO3 ) 2(suda)  2NO(g)  4H 2 O (s)
3Ag(k)  4HNO3(suda,Sey)  3AgNO 3 (suda)  NO(g)  2H 2 O (s)
7. Soy metallerin asitlerle olan tepkimeleri
Soy metaller (Au, Pt) hem oksijensiz asitlerle hem de oksi asitlerden yükseltgen özellik
gösteren H2SO4 ve HNO3 ile tepkime vermezler. Ancak Au yalnızca kral suyu (3HCl +
HNO3) denilen HCl ve HNO3 karışımıyla tepkimeye girer.
Au(k)  3HCl(suda)  HNO3(suda)  AuCl3(suda)  NO(g)  2H 2 O(s)
8. Amfoter metallerin bazlarla olan tepkimeleri
Al, Zn, Cr, Pb ve Sn metalleri hem asitlerle hem de bazlarla tepkimeye girdikleri için bu
metallere amfoter metaller adı verilir. Bu metallerin asitlerle olan tepkimeleri daha
önceden verildiği için burada sadece bazlarla olan tepkime örnekleri verilecektir.
Amfoter metal + Baz
Tuz + Hidrojen gazı
7
3
Al(k)  3NaOHSuda)  Na 3 AlO3(suda)  H 2(g)
2
Zn(k)  2NaOHSuda)  Na 2 ZnO2(suda)  H 2(g)
Benzer şekilde amfoter metal oksitleri ve hidroksitleri de hem asitlerle hem de bazlarla
tepkimeye girebilirler. Bu tür tepkimelerin bazı örnekleri aşağıdadır.
Al2 O 3  6NaOH  2Na 3 AlO3  3H 2 O
ZnO  2NaOH  Na 2 ZnO2  H 2 O
Zn(OH)2  2NaOH  Na 2 ZnO2  2H 2 O
2Al(OH)3  6NaOH  2Na 3 AlO3  6H 2 O
8. Nötrleşme tepkimeleri
Asit-baz tepkimelerine nötrleşme tepkimeleri adı verilir ve bu tepkimeler ekzotermiktir.
Bu tepkimelerde ürün olarak genelde tuz ve su oluşur. Genel olarak aşağıdaki şekilde
gösterilen bu tip tepkimelerin bazı örnekleri aşağıda verilmiştir.
Asit + Baz
Tuz + Su
HCl  NaOH  NaCl  H 2 O
H 2SO 4  2KOH  K 2SO 4  2H 2 O
H 2SO 4  Mg(OH)2  MgSO 4  2H 2 O
Na2CO3 ve CaCO3 gibi karbonatlı bileşikler bazik özellik gösterdiğinden dolayı asitlerle
nötrleşip tuz, CO2 gazı ve H2O oluştururlar.
H SO  MgCO  MgSO  CO  H O
2 4
3
4
2
2
2HCl  Na CO  2NaCl  CO  H O
2 3
2
2
Ametal oksitlerin asidik olanları da bazlarla nötrleşme tepkimeleri verirler.
CO 2  2NaOH  Na 2 CO 3  H 2 O
SO 3  2KOH  K 2SO 4  H 2 O
Asit oksitler ile bazik oksitlerden yalnızca tuz oluşur
CO 2  MgO  MgCO3
SO 3  CaO  CaSO 4
8
Bazik oksitler asitlerle nötrleşerek tuz ve su oluşturur
K 2 O  2HCl  2KCl  H 2 O
CaO  H 2SO 4  CaSO 4  H 2 O
2. Sabit oranlar kanunu
Bir kimyasal tepkimede bulunan maddelerin (element, bileşik, iyon) miktarları (mol
sayısı, atom sayısı, molekül sayısı, kütle, gazlarda hacim ve basınç) arasında sabit bir
oran vardır.