Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

1 KİMYASAL KİNETİK IX. DERS. Kimyasal Kinetik 2 Kimyasal reaksiyonların olup olamayacağı termodinamikle açıklanır. Reaksiyonların oluşma hızı ise kimyasal.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "1 KİMYASAL KİNETİK IX. DERS. Kimyasal Kinetik 2 Kimyasal reaksiyonların olup olamayacağı termodinamikle açıklanır. Reaksiyonların oluşma hızı ise kimyasal."— Sunum transkripti:

1 1 KİMYASAL KİNETİK IX. DERS

2 Kimyasal Kinetik 2 Kimyasal reaksiyonların olup olamayacağı termodinamikle açıklanır. Reaksiyonların oluşma hızı ise kimyasal kinetik ile açıklanır. Reaksiyon hızı reaktant veya ürün konsantrasyonun zamanla değişimidir (M/s). A B hız = -  [A] tt hız =  [B] tt  [A] =  t süresi içinde A’nın konsantrasyonundaki değişim  [B] =  t süresi içinde B’nin konsantrasyonundaki değişim Hızın pozitif olabilmesi için zamanla azalan A’nın  [A]’sı eksi (-) ile çarpılır.

3 3 A B hız = -  [A] tt hız = [B][B] tt

4 4 2A B Yukarıdaki reaksiyonda belli bir süre içerisinde (  t ) 2 mol A harcanırken 1 mol B oluşmaktadır. Yani A’nın harcanması B’nin oluşumundan iki kat hızlıdır: =  [B] tt hız = -  [A] tt 1 2 aA + bB cC + dD hız = -  [A] tt 1 a = -  [B] tt 1 b =  [C] tt 1 c =  [D] tt 1 d

5 5 hız = -  [CH 4 ] tt = -  [O 2 ] tt 1 2 =  [H 2 O] tt 1 2 =  [CO 2 ] tt Örnek: Aşağıdaki reaksiyonlar için reaktantların harcanma ve ürünlerin oluşum hız ifadelerini yazınız. a) CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O (g) b) 3O 2 (g) 2O 3 (g) hız = - [O2][O2] tt 1 3 =  [O 3 ] tt 1 2

6 6 Örnek: Aşağıdaki reaksiyonda belirli bir anda O 2 molekülü 0,024 M/s hızla harcandığında N 2 O 5 ’in oluşma (a) ve NO 2 ’nin harcanma (b) hızları ne olurdu? 4NO 2 (g) + O 2 (g) 2N 2 O 5 (g) - [O2][O2] tt = [N2O5][N2O5] tt 1 2 [N2O5][N2O5] tt = 0,048 M/s (a) - [O2][O2] tt =  [NO 2 ] tt 1 4 tt = -0,096 M/s (b) - [O2][O2] tt = -0,024 M/s

7 eğimin tanjantı eğimin tanjantı eğimin tanjantı Br 2 (suda) + HCOOH (suda) 2Br - (suda) + 2H + (suda) + CO 2 (g) zaman

8 8 hız  [Br 2 ] hız = k [Br 2 ] k = hız [Br 2 ] = hız sabiti = 3,50 x s -1 Br 2 zamanla azalacağı için hız da azalır.

9 9 2H 2 O 2 (suda) 2H 2 O (sıvı) + O 2 (g) PV = nRT P = RT = [O 2 ]RT n V [O 2 ] = P RT 1 hız =  [O 2 ] tt RT 1 PP tt = manometre ile  P ölçülür

10 10

11 11 Hız yasaları Bir reaksiyonun hızı zamanla değişim gösterir. Oysa hız sabiti değişmez. O halde bir reaksiyonun hızı, hız sabiti (k) ve reaktant derişimlerine göre belirlenir (hız yasası). F 2 (g) + 2ClO 2 (g) 2FClO 2 (g) [ClO 2 ] sabit iken [F 2 ] arttırıldığında hızın da aynı oranda arttığı görülür: hız α [F 2 ] [F 2 ] sabit iken [ClO 2 ] arttırıldığında hızın da aynı oranda arttığı görülür: hız α [ClO 2 ] hız α [F 2 ][ClO 2 ]

12 12 O halde reaktantların konsantrasyonları değiştirildiğinde, reaksiyon hızı da değişir. Örneğin, reaktant konsantrasyonu iki katına çıkarıldığında reaksiyonun hızı da iki, dört, sekiz veya ondalıklı katlar şeklinde artabilir. Hız ifadeleri bu durumları belirtecek şekilde yazılır: hız = k [F 2 ] x [ClO 2 ] y Buna göre reaksiyon hızı, F 2 ’nin konsantrasyonunun x kuvvetiyle, ClO 2 ’nin konsantrasyonunun y kuvvetiyle etkilenir. y ve y’ye reaksiyonun bireysel dereceleri denir. [F 2 ] iki kat alındığında hız da iki kat ise reaksiyon 1. derecedendir (x = 1). [ClO 2 ] dört kat alındığında hız da dört kat ise reaksiyon 1. derecedendir (y = 1). Toplam reaksiyon ise (x+y = 2) 2. derecedendir.

13 13 A maddesinin bireysel derecesi 2 olduğunda, [A]’nın 2 kat arttırılması reaksiyonu 4 kat hızlandırır. Bireysel derece 0 olduğunda ise, hız [A]’dan etkilenmez. aA + bB cC + dD hız = k [A] x [B] y A’ya göre reaksiyon x. derecedendir. B’ye göre reaksiyon y. derecedendir. Toplam reaksiyon (x+y). derecedendir.

14 14 F 2 (g) + 2ClO 2 (g) 2FClO 2 (g) hız = k [F 2 ][ClO 2 ] Hız terimleri (k, x, y) her zaman deneysel olarak bulunur. Reaksiyonun derecesi her zaman reaktantların konsantrasyonları yönünden tanımlanır. Bir reaktantın derecesi kimyasal eşitlikteki stokiyometrik katsayısıyla ilgili değildir. 1

15 15 Örnek: 2NO(g) + 2H 2 (g) → N 2 (g) + 2H 2 O(g) reaksiyonu için hız ifadesini (a), hız sabitini (b) ve [NO] = 12,0 x M ve [H 2 ] = 6,0 x M iken reaksiyon hızını (c) bulunuz. (a) hız = k [NO] x [H 2 ] y (b) [H 2 ] sabit iken [NO] iki katına çıkarıldığında hız yaklaşık dört kat artmış: x = 2 [NO] sabit iken [H 2 ] iki katına çıkarıldığında hız iki kat artmış: y = 1 k = hız/[NO] 2 [H 2 ] = 5,0 x /(10,0 x ) 2 (2,0 x ) = 2,5 x 10 2 /M 2.s (c) hız = (2,5 x 10 2 M -2.s -1 )(12,0 x ) 2 (6,0 x ) = 2,2 x M/s Deney[NO] (M)[H 2 ] (M)Başlangıç hızı (M/s) 15,0 x ,0 x ,3 x ,0 x ,0 x ,0 x ,0 x ,0 x ,0 x 10 -5

16 16 Örnek: Tablodaki verilere göre aşağıdaki reaksiyonun hız sabitini bulunuz. S 2 O 8 2- (suda) + 3I - (suda) 2SO 4 2- (suda) + I 3 - (suda) Deney [S 2 O 8 2- ][I - ] Baş. Hızı (M/s) 10,080,0342,2 x ,080,0171,1 x ,160,0172,2 x hız = k [S 2 O 8 2- ] x [I - ] y [I - ] iki katına çıktığında, hız da iki katına çıkmış. y = 1 [S 2 O 8 2- ] iki katına çıktığında, hız da iki katına çıkmış. x = 1 k = hız [S 2 O 8 2- ][I - ] = 2,2 x M/s (0,08 M)(0,034 M) = 0,08/M s hız = k [S 2 O 8 2- ][I - ]

17 17 Birinci Dereceden Reaksiyonlar A ürün hız = k[A] (2)  [A] tt = k [A] (3) - [A] t : herhangi bir t anındaki A’nın konsantrasyonu [A] 0 : t = 0 anındaki A’nın konsantrasyonu [A] t [A] 0 = -kt (4) ln (2) no’lu eşitliğin diferansiyeli alındığında elde edilen eşitliğin integrali alınırsa (3) no’lu eşitlik elde edilir. hız = -  [A] tt (1)

18 18 2N 2 O 5 4NO 2 (g) + O 2 (g)

19 19 Birinci dereceden 2A B reaksiyonunun 80 0 C’deki hız sabiti 2,8 x s -1 olduğuna göre A maddesi 0,88 M‘dan 0,14 M’a ne kadar zamanda düşer? ln[A] t = ln[A] 0 - kt kt = ln[A] 0 – ln[A] t [A] 0 = 0,88 M [A] t = 0,14 M t = ln[A] 0 – ln[A] t k = 66 s ln [A] 0 [A] t k = ln 0,88 M 0,14 M 2,8 x s -1 = Örnek

20 20 Bir reaksiyonun yarı ömrü (t ½ ) reaktant konsantrasyonunun yarıya inmesi için gereken süredir. t ½ = t iken [A] t = [A] 0 /2 ln [A] 0 [A] 0 /2 k = t½t½ ln 2 k = 0,693 k = Örnek: Hız sabiti 5,7 x s -1 olan N 2 O 5 ‘in yarı ömrünü bulunuz. t½t½ ln 2 k = 0,693 5,7 x s -1 == 1200 s = 20 dakika Birinci dereceden bir reaksiyonun yarı ömrü konsantrasyondan bağımsızdır. [A] t [A] 0 = -kt ½ ln

21 21 A ürünler Birinci dereceden reaksiyon Yarı ömür [A] = [A] 0 /n

22 22 İkinci Dereceden Reaksiyonlar A ürün hız = -  [A] tt hız = k [A] 2 k = hız [A] 2 = 1/M s M/sM/s M2M2 =  [A] tt = k [A] [A] t = 1 [A] 0 + kt t ½ = t iken [A] t = [A] 0 /2 t ½ = 1 k[A] 0 İkinci dereceden reaksiyonların yarı ömrü konsantrasyon ile ters orantılıdır.

23 23 A ürün hız = -  [A] tt hız = k [A] 0 = k k = hız [A] 0 = M/s  [A] tt = k - t ½ = t iken [A] t = [A] 0 /2 t ½ = [A] 0 2k2k [A] t = [A] 0 - kt Sıfırıncı Dereceden Reaksiyonlar

24 24 DereceHız İfadesi Konsantrasyon- Zaman Eşitliği Yarı Ömür hız = k hız = k [A] hız = k [A] 2 ln[A] = ln[A] 0 - kt 1 [A] = 1 [A] 0 + kt [A] = [A] 0 - kt t½t½ Ln 2 k = t ½ = [A] 0 2k2k t ½ = 1 k[A] 0

25 25 Eşik Enerjisi ve Hız Sabitinin Sıcaklığa Bağlılığı Reaksiyon hızları genellikle sıcaklıkla artar. Örneğin, yiyeceklerin sıfır derecenin altında saklanmasının nedeni, bakteriyel bozunma hızını yavaşlatmak içindir. Reaksiyonlar, reaktantların çarpışması sonucu gerçekleşir. Buna göre reaktantların konsantrasyonu artırıldığında çarpışma sayısı artacağından hız da artar. Moleküller çarpıştıklarında, kinetik enerjilerinin bir kısmıyla titreşirler. Moleküllerin bağlarının bir kısmı titreşim neticesinde kırılır. Ancak bütün moleküllerin çarpışarak bağlarının kırılması (reaksiyonun gerçekleşmesi) için daha yüksek bir enerjiye ihtiyaç vardır. çarpışma sayısı s hız =

26 26 Ekzotermik ReaksiyonEndotermik Reaksiyon Eşik (aktivasyon) enerjisi, bir kimyasal reaksiyonun başlaması için gerekli olan en düşük enerjidir. Sıcaklık artışıyla eşik enerji bariyeri aşılabilir. A + B AB C + D + +

27 27 Arrhenius Eşitliği E a : Aktivasyon enerjisi (J/mol) R: Gaz sabiti (8,314 J/Kmol) T: Mutlak sıcaklık A: Çarpışma frekansı ln k = - EaEa R 1 T + lnA Eşitlik şöyle düzenlenebilir:

28 28 İki farklı sıcaklık için Arrhenius eşitliği yeniden düzenlenebilir: ya da

29 29 Reaksiyon Mekanizmaları Çoğu kez denkleştirilmiş net bir reaksiyon eşitliği birkaç basit reaksiyonun (basamağın) toplamıdır. Azot monoksit ile oksijen arasındaki net reaksiyon eşitliği aşağıdaki gibidir: Ancak bu reaksiyon toplamda iki basamakta gerçekleşir: 2NO (g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) 1. Basit basamak:NO + NO N 2 O 2 2. Basit basamak:N 2 O 2 + O 2 2NO 2 Net reaksiyon:2NO + O 2 2NO 2 +

30 30 2NO (g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) Mekanizma:

31 31 Ara ürünler bir reaksiyon mekanizmasında yer alsa da net reaksiyonda yer almazlar. Bir ara ürün ilk basamakta oluşurken son basamakta harcanır. Bir reaksiyonun molekülerliği, basit basamaktaki reaktant moleküllerinin sayısıdır: Bir moleküllü (unimoleküler) reaksiyon İki moleküllü (bimoleküler) reaksiyon Üç moleküllü (termoleküler) reaksiyon Bir basit basamakta üç reaksiyonun birden yer aldığı üç moleküllü reaksiyonlar çok azdır. Çünkü üç molekülün aynı anda çarpışma ihtimali çok azdır.

32 32 Unimoleküler reaksiyonA ürünler hız = k [A] Bimoleküler reaksiyonA + B ürünler hız = k [A][B] Bimoleküler reaksiyonA + A ürünler hız = k [A] 2 Hız Yasaları ve Basit Basamaklar Reaksiyon mekanizmalarının belirlenebilmesi için, Basit basamakların toplamı, net denkleştirilmiş reaksiyon eşitliğini vermelidir. Hız belirleyen basamağa göre yazılan hız ifadesi deneysel yolla bulunanla aynı olmalıdır. En yavaş basamak, hız belirleyen basamaktır.

33 33 Örnek: NO 2 ve CO’in NO ve CO 2 verdiği reaksiyonun iki basamak üzerinden yürüdüğü bilinmektedir: Deneysel hız ifadesi, hız = k[NO 2 ] 2 ‘dir. a) Net reaksiyon eşitliğini yazınız. b) Ara ürünü belirleyiniz. c) Hangi basamak daha yavaştır? Basamak 1:NO 2 + NO 2 NO + NO 3 Basamak 2:NO 3 + CO NO 2 + CO 2 NO 2 +CO NO + CO 2 a) b) Ara ürün NO 3 ’tir. c) Hız ifadesi basamak 1’e ait olduğuna göre yavaş olan basamak 1’dir.

34 34 Kataliz Kendisi harcanmaksızın reaksiyon hızını artıran maddeye katalizör denir. EaEa k hız katalizlenmiş > hız katalizlenmemiş E a < E a ′ KatalizlenmemişKatalizlenmiş

35 35 Heterojen katalizde katalizör ve reaktantlar ayrı fazlardadır. Homojen katalizde katalizör ve reaktantlar aynı fazdadır (genellikle sıvı). Amonyağın Haber yöntemiyle sentezi Ostwald prosesiyle nitrik asit üretimi Katalitik dönüştürme Asit katalizi Baz katalizi

36 36 N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Fe/Al 2 O 3 /K 2 O katalizör Haber Prosesi

37 37 Ostwald Prosesi 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) 4NO (g) + 6H 2 O (g) Pt-Rh 2NO (g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) 2NO 2 (g) + H 2 O (s) HNO 2 (suda) + HNO 3 (suda)

38 38 Katalitik Dönüştürücüler (Pt-Pd-Rh) CO + Yanmamış hidrokarbonlar + O 2 CO 2 + H 2 O katalitik dönüştürücü 2NO + 2NO 2 2N 2 + 3O 2 katalitik dönüştürücü

39 39 Enzim Katalizi Enzimler biyolojik katalizörlerdir. Biyokimyasal reaksiyonların hızlarını mertebesinde artırırlar. Anahtar-kilit rolüne sahip olduklarından bir enzim tek bir moleküle (substrata) karşı etkindir. Canlı bir sistemde ortalama 3000 farklı enzim vardır.

40 40 Glukozun hegzokinaza bağlanması

41 41 Sorular ve Problemler 1. Bir reaksiyonun hızını etkileyen faktörler nelerdir? (Reaktant konsantrasyonu, sıcaklık, katalizör, maddenin cinsi ve temas yüzeyi) 2. Bir reaksiyonun hız sabiti hangi durum(lar)da değişebilir? (Hız sabiti sadece sıcaklıkla değişir.) 3. Aşağıdaki reaksiyonun belirli bir anında hidrojenin harcanma hızı 0,072 M/s ise azotun harcanma ve amonyağın oluşma hızları nedir? N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) [H2][H2] tt 1 3 =  [NH 3 ] tt 1 2 [N2][N2] tt = - tt = 0,048 M/s [N2][N2] tt = -0,024 M/s -

42 42 4. Aşağıdaki reaksiyon için 360 K’de tablodaki veriler elde edilmiştir. a) Reaksiyon derecesini belirleyiniz. b) [X] = 0,30 M ve [Y] = 0,40 M iken X’in baş. hızını bulunuz. a) [X] sabit iken [Y] iki katına çıkarıldığında hız dört kat: [Y] 2 [Y] sabit iken [X] iki katına çıkarıldığında hız dört kat: [X] 2 b) 0,254 = k (0,20) 2 (0,30) 2 k = 70,56/M 3.s Hız = 70,56 (0,30) 2 (0,40) 2 = 1,016 M/s X’in baş. hızı (M/s)[X][Y] 0,2540,200,30 4,0640,400,60 1,0160,200,60 1,0160,400,30 X + Y Z

43 43 5. Fosfinin (PH 3 ) fosfor (P 4 ) ve H 2 ’ye ısıl bozunma reaksiyonu birinci dereceden yürür. Reaksiyonun yarı ömrü 680 o C’de 35,0 saniye olduğuna göre birinci derece hız sabitini (a) ve fosfinin % 95’inin bozunması için gerekli süreyi (b) bulunuz. 4PH 3 (g) P 4 (g) + 6H 2 (g) t½t½ ln 2 k = 0,693 k == 35 s k = 0,0198 s -1 (a) ln[A] = ln[A] 0 - kt kt = ln[A] 0 – ln[A] t t = ln[A] 0 – ln[A] t k ≈ 151 s ln [A] 0 [A] t k = ln 1,00 M 0,05 M 0,0198 s -1 = (b)


"1 KİMYASAL KİNETİK IX. DERS. Kimyasal Kinetik 2 Kimyasal reaksiyonların olup olamayacağı termodinamikle açıklanır. Reaksiyonların oluşma hızı ise kimyasal." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları