KİMYASAL REAKSİYONLARDA KÜTLE İLİŞKİLERİ

12C atomunun kütlesinin 1/12 si 1 “akb” olarak adlandırılır Çıplak gözle görülebilen en küçük parçacıkta 1016 adet atom bulunur. Bu nedenle atom ağırlıkları oransal olarak ifade edilir. Atomlar ve Moleküller Mikro Dünya ATOM KÜTLESİ: Atomların kütlesi (ağırlığı) atomik kütle birimi (akb) cinsinden ifade edilir. 12C atomunun kütlesinin 1/12 si 1 “akb” olarak adlandırılır C atomunun Proton sayısı = 6 Nötron sayısı = 6 Kütle no (A) Atom no (Z)

C-12 nin atom kütlesinin 12 akb olarak kabul edilmesi diğer atomların kütlelerinin hesabında standart oluşturur. Deneyler göstermiştir ki; 1 hidrojen atomunun kütlesi C atomunun %8,400 ü kadardır. Bu durumda 1 C atomu 12 akb olduğuna göre 1 hidrojen atomu (8,400/100) 0,084x12 = 1,008 akb Bu skalaya göre: 1H = 1,008 akb 56Fe = 56,000 akb 16O = 16,00 akb

ORTALAMA ATOM KÜTLESİ: Bir elementin atom kütlesi doğal olarak bulunan izotoplarının ortalama kütlesidir. Karbonun iki farklı izotopu vardır: Karbon-12 ve Karbon-13 bu iki izotopun doğada bulunma yüzdeleri de sırasıyla %98,90 ve %1,10 dur. Böylece Doğal Karbonun Ortalama Kütlesi = (0,9890)(12,00000 akb)+(0,0110)(13,00335) = 12,01 akb olarak bulunur

Bakırın Ortalama Atom Kütlesi: ÖRNEK: Eski zamanlardan beri bilinen Bakır (Cu) elektrik kablolarında ve madeni para yapımında kullanılır. Bilinen iki kararlı izotopu vardır. %69,09 (62,9300 akb) %30,91 (64,9278 akb) Bakırın Ortalama Atom Kütlesi: (0,6909)(62,93 akb)+(0,3091)(64,9278 akb) = 63,55 akb

Lityumun Ortalama Atom Kütlesi: Doğal olarak bulunan Li: 7.42% 6Li (6.015 akb) 92.58% 7Li (7.016 akb) Lityumun Ortalama Atom Kütlesi: (0,9258)(7,016)+(0,0742)(6,015) = 6,941 akb

Ortalama Atom Kütlesi (6,941)

BİR ELEMENTİN MOL KÜTLESİ VE AVAGADRO SAYISI Atomlar çok küçük olduğundan tartılabilecak kadar atom çok fazla sayıda olmalıdır. Belirli sayıdaki nesneleri ifade etmek için kullanılan özel ifadeler vardır; düzine ve çift gibi Düzine = 12 adet Çift = 2 adet Kimyada atom ve moleküllerin tanecik sayısını ifade etmek için kullanılan birim “mol” dür

MOL: SI sisteminde 12.00 gram 12C (karbon-12) izotopunun içerdiği atom sayısı kadar elementsel parçacığa (atom, molekül, iyon) 1 mol denir. 1 mol = NA = 6.0221367 x 1023 parçacıktır 6,02 x 1023 Avogadro Sayısı (NA) 1 mol 12C atom = 6,022 x 1023 atom = 12,00 g 1 12C atom = 12,00 akb Maddenin bir molünün kütlesine o elementin “molar kütlesi” denir. 12,00g karbon-12 = 6,22x1023 C-12 = 1mol C-12

Bir Mol S C Hg Cu Fe

M = mol kütlesi g/mol NA = Avogadro sayısı

ÖRNEK: 0,551 g potasyumda (K) kaç atom vardır ? 1 mol K = 39,10 g K 1 mol K = 6,022 x 1023 atom K 1 mol K 39,10 g K x x 6,022 x 1023 atom K 1 mol K = 0,551 g K 8,49 x 1021 atom K

ÖRNEK: Endüstride,derin deniz dalma tanklarında ve balonlarda kullanılan bir gaz olan He’un 6,46 g’ı kaç moldür ? (He: 4,003 g/mol) 6,46 / 4,003 = 1,61 mol dür. ÖRNEK: Bir Cu-Zn alaşımı olan pirincin yapısında yer alan ve korozyonun önlenmesi amacıyla demir kaplamalarda kullanılan Zn’nun 0,356 molü kaç gramdır? (Zn: 65,39 g/mol) 0,356 x 65,39 = 23,3 g dır. ÖRNEK: Bir ametal olan ve asit yağmurlarının başlıca nedenini oluşturan kükürtün 16,3 gramında kaç atom vardır? (S: 32,07 g/mol) (16,3 / 32,07) x 6,02.1023 = 3,06.1023 S atomu vardır.

Herhangi bir molekülde molekül kütlesi (akb) = molar kütlesi (gram) Molekül Kütlesi (veya molekülağırlığı) bir moleküldeki Atom kütlelerinin (akb) toplamıdır. SO2 1S 32.07 akb 2O + 2 x 16.00 akb SO2 64.07 akb Herhangi bir molekülde molekül kütlesi (akb) = molar kütlesi (gram) 1 molekül SO2 = 64.07 akb 1 mol SO2 = 64.07 g SO2

ÖRNEK: C vitamini olarak da bilinen askorbik asidin (C6H8O6) molekül kütlesini hesaplayınız. (C: 12,01 ; H: 1,008, O: 16,00) C6H8O6 in molekül kütlesi = 6x(12,01)+8x(1,008)+6x(16,00) = 176,12 akb Bir bileşiğin mol kütlesi onun molekül kütlesine eşit olduğundan 1 mol yani 6,02x1023 tane C6H8O6 molekülü 176,12 gramdır. ÖRNEK: Metan (CH4) doğal gazın başlıca bileşenidir. 6,07 g CH4 kaç moldür? (C:12,01 g/mol; H:1,008 g/mol) CH4 ün mol kütlesi 12,01+4x(1,008)=16,04 g 6,07 / 16,04 = 0,378 mol dür.

Aynı şekilde hesaplandığında 1 mol ürede: 1,03 x 1024 adet H atomu 25,6 g ürede (NH2)2CO de kaç H atomu vardır ? (Ürenin mol kütlesi = 60,06 g dır) 1 mol üre 60,06 g üre x 4mol H atom 1 mol üre x 6,022 x 1023 H atom 1 mol H atom x = 25,6 g üre 1,03 x 1024 atom H Aynı şekilde hesaplandığında 1 mol ürede: 1,03 x 1024 adet H atomu 5,15 x 1023 adet N atomu 2,58 x 1023 adet O atomu ve C atomu olduğu bulunur.

1 mol C3H8O molekülünde = 8 mol H atom 72,5 g izopropanol (C3H8O) de kaç H atomu vardır ? 1 mol C3H8O = (3 x 12) + (8 x 1) + 16 = 60 g C3H8O 1 mol C3H8O molekülünde = 8 mol H atom 1 mol H = 6,022 x 1023 atom H içerir. 1 mol C3H8O 60 g C3H8O x 8 mol H atom 1 mol C3H8O x 6,022 x 1023 H atom 1 mol H atom x = 72,5 g C3H8O 5,82 x 1024 atom H

Formül kütlesi bir iyonik bileşikteki atomik kütlelerin (akb cinsinden) toplamıdır. NaCl 1Na 22,99 akb 1Cl + 35,45 akb NaCl 58,44 akb Herhangi bir iyonik bileşikte formül kütlesi (akb) = molar kütle (gram) 1 formül birim NaCl = 58,44 akb 1 mol NaCl = 58,44 g NaCl

ÖRNEK: Ca3(PO4)2’ın formül kütlesini hesaplayınız 1 formül birim Ca3(PO4)2 3 Ca 3 x 40,08 2 P 2 x 30,97 8 O + 8 x 16,00 310,18 akb

BİLEŞİKLERİN YÜZDE BİLEŞİMİ Bir element yada bileşiğin Yüzde bileşimi bir bileşikteki her elementin ağırlıkça yüzdesine denir. n x elementin mol kütlesi Bileşiğin mol kütlesi x 100% ÖRNEK: 1 mol H2O2 (hidrojen peroksit) in % bileşimini bulunuz. (H: 1,008; O: 16,00) %H = 2 x (1,008 g) 34,02 g x 100% = % 5,926 %O = 2 x (16,00 g) 34,02 g x 100% = % 94,06 % 5,926 + % 94,06 = % 99,99

ÖRNEK: Fosfat asidi (H3PO4) deterjan, gübre, diş macunu, karbonatlı içeceklerde kullanılan bir bileşiktir. Bileşikteki elementlerin % bileşimini hesaplayınız % H = 3 x (1,008 g) 97,99 g x 100% = % 3,86 % P = 30,97 g 97,99 g x 100% = % 31,61 % O = 4 x (16,00) 97,99 g x 100% = % 65,31 % 3,86 + % 31,61 + % 65,31 = % 100,01

YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER %C = 2 x (12,01 g) 46,07 g x 100% = 52,14% ÖRNEK C2H6O %H = 6 x (1,008 g) 46,07 g x 100% = 13,13% %O = 1 x (16,00 g) 46,07 g x 100% = 34,73% 52,14% + 13,13% + 34,73% = 100,0% Aynı yöntemle işlemin tersini de yapabiliriz yani % bileşimi bilinen bir bileşiğin ampirik (deneysel) formülü de bulunabilir.

YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER ÖRNEK: Askorbik asit kütlece; % 40,92 C, % 4,58 H, % 54,50 O içermektedir. Buna göre maddenin deneysel formülünü bulunuz. 1 (1) Başlangıçtaki askorbik asit 100 g olarak kabul edilirse, bileşikte 40,92 g C, 4,58 g H ve 54,50 g O var demektir. 2 (2) Her bir elementin kütlesi atom kütlesine bölünerek mol sayıları bulunur. n C = 40,92 g 12,01 = 3,407 mol C 3 n H = 4,58 g 1,008 = 4,54 mol H 4 n C = 54,50 g 16,00 g = 3,406 mol O

YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER (3) Alt indisler rakamların en küçüğüne bölünür. C: (3,407 / 3,406) = 1 H: (4,54 / 3,406) = 1,33 O: 3,406 / 3,406 = 1 (4) Alt indislerin tam sayı olması gerektiği unutulmamalıdır. Bu nedenle 1,33 ü tam sayıya çevirmeliyiz. (1,33x3=3,99) olacağından formüldeki diğer alt indisler de 3 ile çarpılmalıdır. SONUÇ: C3H4O3 olacaktır. (Askorbik asidin gerçek formülü ise C6H8O6 dır.)

YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER Aşağıda kütlece % bileşimi verilen bileşiğin ampirik formülünü bulunuz % K 24,75, % Mn 34,77, % O 40,51 nK = 24,75 g K x = 0,6330 mol K 1 mol K 39,10 g K nMn= 34,77 g Mn x = 0,6329 mol Mn 1 mol Mn 54,94 g Mn nO = 40,51 g O x = 2,532 mol O 1 mol O 16,00 g O

YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER nK = 0,6330, nMn = 0,6329, nO = 2,532 K : ~ 1.0 0,6330 0,6329 Mn : 0,6329 = 1.0 O : ~ 4.0 2,532 0,6329 KMnO4

YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER Bir maddedeki elementin kütlece % bileşimi biliniyorsa bir bileşiğin belirli kütlesindeki bir elementin gerçek kütlesi de bulunabilir. ÖRNEK: Kalkoprit (CuFeS2) başlıca bakır cevheridir. 3,7 ton kalkopritteki Cu miktarını kg olarak hesaplayınız. (Cu: 63,55; CuFeS2: 183,5) % Cu = (63,55 / 183,5) x 100 = % 34,63 Örnekteki Cu kütlesi = 0,3463 x 3,7.103 kg = 1,28.103 kg

KABA FORMÜLLERİN DENEYSEL BULUNMASI Yukarıdakine benzer bir düzenek yardımıyla etanol yakılarak yanma sonucu oluşan CO2 ve H2O düzenek yardımıyla absorplanır. Oluşan CO2 ve H2O miktarı absorban kütlesindeki artıştan bulunur.

Örneğin 11,5 gram etanolün yanması sonucu 22,0 g CO2 ve 13,5 g H2O açığa çıkmış ise: C kütlesi = (22,0 / 44,01) x 12,01 = 6,0 g C 1 mol CO2 = 1 mol C 0,5 mol CO2 H kütlesi = {(13,5 / 18,02) x 2} x 1,008 = 1,5 g H 1 mol H2O = 2 mol H 0,75 mol H2O için 1,5 mol H Bileşik kütlesinden arda kalan O den gelmelidir. O halde O kütlesi = 11,5 – (6,0 + 1,5) = 4,0 g

Bileşikte 4,0 / 16,0 = 0,25 mol O vardır. Bileşikteki elementlerin mol oranlarını bulmak için elde edilen mol sayıları en küçük değer olan 0,25 e bölünür. C= (0,5 / 0,25)= 2 H= (1,5 / 0,25) = 6 O= (0,25 / 0,25) = 1 Bileşiğin ampirik (deneysel, kaba) formülü C2H6O olarak bulunur. Bileşiğin gerçek yani “moleküler formülü”nü saptamak için bileşiğin yaklaşık mol kütlesine ihtiyaç vardır.

ÖRNEK: Azot (N) ve oksijen (O) den oluşan bir bileşik, 1,52 g N ve 3,47 g O içermektedir. Bu maddenin mol kütlesi 90 g ile 95 g arasındadır. Bu maddenin molekül formülünü ve mol ağırlığını bulunuz. n N=(1,52 / 14,01) = 0,108 mol n O=(3,47 / 16,00) = 0,217 mol 0,108 / 0,108 = 1; 0,217 / 0,108 = 2,009 ve bileşiğin ampirik formülü NO2 dir. Bileşiğin kaba mol kütlesi = 14,01 + 2x(16,00) = 46,02 Olacağından 95 / 46,02 = 2,1 dir ve bileşiğin gerçek formülü N2O4 tür.

reaktifler ürünler KİMYASAL REAKSİYONLAR ve KİMYASAL DENKLEMLER Bir maddenin (veya maddelerin) bir veya daha fazla yeni maddeye dönüşmesine “kimyasal reaksiyon” adı verilir. Bu reaksiyonun kimyasal simgeler ve katsayıları ile ifade dilmesine ise “kimyasal denklem” denir. reaktifler ürünler (girdiler)

Bir kimyasal denklem mutlaka denk olmalıdır Bir kimyasal denklem mutlaka denk olmalıdır. Yani her tür atomdan ok işaretin her iki tarafında da aynı sayıda olmalıdır. 2 H2 (g) + O2 (g) 2H2O (s) Bir kimyasal denklemin anlamı: 2 H2 + O2 2 H2O İki molekül + bir molekül 2 molekül 2 mol + 1 mol 2 mol 2x(2,02)=4,04 g + 32 g 2x(18,02)=36,04 g Reaktifler Σ 36,04 g Ürünler Σ 36,04 g

KİMYASAL DENKLEMLERİN DENKLEŞTİRİLMESİ Tüm reaktif ve ürünler saptanıp ok işaretinin her iki tarafına doğru olarak yazılır. Etan oksijen ile reaksiyona girerek karbondioksit ve su oluşturur. C2H6 + O2 CO2 + H2O Formüllerin önündeki sayıları (katsayı) ok işaretinin her iki tarafındaki atom sayıları aynı olacak şekilde yerleştiriniz. DOĞRU 2C2H6 YANLIŞ C4H12

KİMYASAL DENKLEMLERİN DENKLEŞTİRİLMESİ Önce denklemin her iki tarafında bir kez görülen elementten başlanır. Denklemi denkleştirmeye O ile değil C veya H ile başlanır C2H6 + O2 CO2 + H2O 1 karbon sağda 2 karbon solda CO2 2 ile çarpılır C2H6 + O2 2CO2 + H2O 6 hidrojen solda 2 hidrojen sağda H2O 3 ile çarpılır C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O

KİMYASAL DENKLEMLERİN DENKLEŞTİRİLMESİ Denklemin her iki tarafında birden çok görülen elementler denkleştirilir. 7 2 O2 İle çarpılır C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O 2 oksijen solda 4 oksijen (2x2) + 3 oksijen (3x1) = 7 oksijen sağda C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O 7 2 Denklemin her iki tarafı 2 ile çarpılıp bölümden kurtulunur. 2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O

KİMYASAL DENKLEMLERİN DENKLEŞTİRİLMESİ Denklem kontrol edilerek her iki taraftaki tüm elementlerin sayılarının eşit olduğundan emin olunur. 2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O 4 C (2 x 2) 4 C 12 H (2 x 6) 12 H (6 x 2) 14 O (7 x 2) 14 O (4 x 2 + 6) Reaktifler Ürünler 4 C 12 H 14 O

REAKTİF ve ÜRÜNLERİN MİKTARLARI Stokiyometri bir kimyasal reaksiyonda reaktiflerin ve ürünlerin miktar olarak incelenmesidir. Denkleştirilmiş kimyasal reaksiyonlar yazılır. Miktarı bilinen maddeler mole çevrilir. Problemde aranan veya bilinmeyen miktarların mol sayılarının hesaplanması için denkleştirilmiş denklemdeki katsayılar kullanılır. Hesaplanmış mol sayıları ve mol kütleleri kullanılarak bilinmeyenlerin miktarı istenilen birime çevriilir. Cevap kontrol edilir.

ÖRNEK: Metanol aşağıdaki denkleme göre yanıyor 2CH3OH + 3O2 2CO2 + 4H2O Yanma reaksiyonu için 209 g metanol kullanılırsa kaç gram su oluşur? gram CH3OH Mol CH3OH Mol H2O Gram H2O 1 mol CH3OH 32.0 g CH3OH x 4 mol H2O 2 mol CH3OH x 18.0 g H2O 1 mol H2O x = 209 g CH3OH 6,53 mol CH3OH 2 mol CH3OH den 4 mol H2O oluşur 235 g H2O

SINIRLAYAN MADDE Reaksiyonda ilk tüketilen maddeye “sınırlayan madde” denir. 2NO + O2 2NO2 NO sınırlayan madde O2 aşırı madde Miktarı sınırlayan madde ile Reaksiyon için gerekli olandan fazla olan maddeye “aşırı madde” denir

Daha fazla Fe2O3 (601 g) olduğundan Al sınırlayan reaktiftir. Bir reaksiyonda, 124 g Al 601 g Fe2O3 ile reaksiyona giriyor 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe 0luşan Al2O3 miktarını hesaplayınız. g Al mol Al mol Fe2O(gereken) g Fe2O3(gereken) yada g Fe2O3 mol Fe2O3 mol Al(gereken) g Al(gereken) 1 mol Al 27.0 g Al x 1 mol Fe2O3 2 mol Al x 160. g Fe2O3 1 mol Fe2O3 x = 124 g Al 367 g Fe2O3 124 g Al için 367 g Fe2O3 gerekir Daha fazla Fe2O3 (601 g) olduğundan Al sınırlayan reaktiftir.

Sınırlayan reaktifi kullanarak (Al) oluşan ürünü hesaplayınız g Al mol Al mol Al2O3 g Al2O3 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe 1 mol Al 27.0 g Al x 1 mol Al2O3 2 mol Al x 102. g Al2O3 1 mol Al2O3 x = 124 g Al 234 g Al2O3 Bu noktada, Al tamamen tükenir Fe2O3 fazlası kalır.

% Verim = REAKSİYON VERİMİ Teorik verim: Bir reaksiyonda sınırlayan maddenin tamamının reaksiyona girmesi sonucu oluşan ürün miktarına teorik verim denir. Gerçek verim: Pratikte gerçek verim bir tepkimede gerçek olarak elde edilebilir ürün miktarıdır. % Verim = Gerçek verim Teorik verim x 100%

TiCl4 (g) + 2 Mg (s) Ti (k) + 2 MgCl2 Reaksiyonu gereği bir işlemde 3,54x107 g TiCl4 ile 1,1x107 g Mg’un reaksiyonu sonucunda (a)Ti için teorik verim ? (b) gerçekte 7,91x106 g Ti elde edildiğine göre gerçek verim ? n TiCl4 = 3,54x107 / 189,7 = 1,87x105 mol n Mg = 1,13x107 / 24,31 = 4,65x105 mol 1 mol TiO2 ~ 2 mol Mg 1,87x105 mol için 2x 1,87x105 mol=3,74x105 mol Mg yeterli miktardan fazla olduğuna göre TiCl4 sınırlayan Mg aşırı maddedir. Oluşan Ti kütlesi = {(3,54x107g)/189,7} x 47,88 = 8,93x106 g % verim = (7,91x106 / 8,93x106) x 100 = %88,6