Bölüm 4: Kimyasal Reaksiyonlar Genel Kimya İlkeler ve Modern Uygulamalar Petrucci • Harwood • Herring Bölüm 4: Kimyasal Reaksiyonlar General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Konular 4-1 Kimyasal Reaksiyonlar ve Kimyasal Denklemler 4-2 Kimyasal Denklemler ve Stokiyometri 4-3 Çözeltilerdeki Kimyasal Reaksiyonlar 4-4 Sınırlayıcı Bileşenin Belirlenmesi 4-5 Reaksiyon Stokiyometrisinde diğer konular General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

4-1 Kimyasal Reaksiyonlar (Tepkimeler) ve Kimyasal Denklemler Bir kimyasal tepkimede tepkenlerin ürünlere dönüşümü esnasında: Renk değişimi Çökelek oluşumu Gaz çıkışı Isı salınması yada soğurulması Gibi kimyasal değişimlerin gözlenmesine ihtiyaç vardır General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Kimyasal Denklemler Tepkenler Ürünler 2 H2O (g) 2 H2 (g) + O2 (g) Tepkimeye giren Maddelerin halleri (k) katı (s) sıvı (g) gaz (aq) sulu çözeltide 2 H2O (g) 2 H2 (g) + O2 (g) General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

2 NO(g) + 1 O2(g) → 2NO2(g) Kimyasal Tepkimeler Azot monoksit + oksijen → Azot dioksit Basamak 1: Kimyasal semboller kullanılarak tepkimenin yazılması. Basamak 2: Kimyasal denklemin denkleştirilmesi. 2 NO(g) + 1 O2(g) → 2NO2(g) General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Denklem Denkleştirmeler Asla denklem dışı formüller veya atomlar ilave edilmemelidir. NO + O2 → NO2 + O Denklemi denkleştirmek için formüller değiştirilmemelidir. NO + O2 → NO3 Denkleştirilmiş eşitlikte, her iki taraftaki atom sayıları birbirine eşittir. General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Denlem Denkleştirme Denlemin her iki tarafında birer bileşikte aynı element mevcutsa önce onu denkleştirin. Serbest elementleri en son denkleştirin. Değişmeden kalan çoklu atom gruplarını değiştirmeden denkleştirin. Katsayılar tam sayı ya da kesirli sayılarla denkleştirilebilir, kesirli sayılardan kurtarabilmek için belirli bir çarpan kullanılabilir. General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Örnek Bir eşitliğin yazılıp denkleştirilmesi; karbon-hidrojen- oksijen içeren bir bileşiğin yanması. Sıvı trietilenglikol, C6H14O4, vinil ve poliüretan plastikleri için çözücü olarak kullanılır. Bu bileşiğin tam yanmasına ait denklemi yazıp denkleştiriniz. Trietilenglikol General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Örnek C6H14O4 C6H14O4 C6H14O4 C6H14O4 Kimyasal Denklem: 15 + 2 O2 → 6 CO2 + 7 H2O C Eşitliği. H Eşitliği O Eşitliği C6H14O4 C6H14O4 C6H14O4 + O2 → + 15/2 O2 6CO2 + H2O 7H2O + 7H2O → 6CO2 4. 2 ile çarpın 2 C6H14O4 + 15 O2 → 12 CO2 + 14 H2O Bütün elementleri kontrol ediniz. General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Kimyasal Denlemler ve Stokiyometri Stokiyometri formüller ve kimyasal denklemlerle ilgili tüm sayısal ilişkileri içerir. Mol oranları stokiyometrik çevrimi faktörleri olarak kullanılabilir General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Örnek Tepken ve ürünlerin mol sayıları arasındaki ilişki. 2.72 mol H2 nin fazla miktardaki O2 ile yakılması sonucunda kaç mol H2O oluşur? Kimyasal Denklemi yazın Denklemi denkleştirin: 2H2 + O2 → 2H2O Denklemdeki mole oranlarını veya sitokiyometrik faktörü kullanın: 2 mol H2O nH2O = 2.72 mol H2 × 2 mol H2 = 2.72 mol H2O General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Örnek Sitokiyometrik hesaplamalarda hacim, yoğunluk ve yüzde bileşim gibi ilave dönüşüm faktörlerinin kullanılması. Uçak yapımında kullanılan bir alaşım kütlece 93.7% Al ve 6.3% Cu içeriyor. Bu alaşımın yoğunluğu 2.85 g/cm3 tür. 0.691 cm3 alaşım parçası aşırı miktarda HCl(aq) ile tepkimeye giriyor: Eğer Cu nun tepkimeye girmediği aluminyumun tamamının HCl ile tepkimeye girdiği varsayılırsa elde edilen H2(g) nin kütlesini hesaplayınız ? General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Al(k)+6 HCl(aq) → 2 AlCl3 + 3 H2 Örnek Kimyasal denklemi yazın: denklemi denkleştirin: 2 Al(k)+6 HCl(aq) → 2 AlCl3 + 3 H2 General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Örnek × 2.016 g H2 2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2 Yöntem: cm3 alloy → g alloy → g Al → mole Al → mol H2 → g H2 5 tane çevrim faktörüne ihtiyaç var! Denklemi yazın ve hesaplayın 2.85 g alaşım 97.3 g Al m = 0.691 cm alaşım × 3 × × H 2 1 cm3 100 g alaşım 1 mol Al × 3 mol H2 26.98 g Al 2 mol Al × 2.016 g H2 1 mol H2 General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Çözeltide Kimyasal Tepkimeler Çözelti içinde tepkenlerin karıştırılarak atomlar, iyonlar ve moleküller arasında tepkime için gerekli yakın temas sağlanır Çözücü Çoğunlukla sulu çözeltiler kullanılırı bunlar (aq) ile gösterilirler. Bu çözeltilerde çözücü su dur. Çözünen Çözücüde çözünen maddeye denir. General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Molarite Çözünen maddenin mol sayısı Çözeltinin Toplam hacmi (L) Molarite (M) = M= n V Eğer 0.444 mol CO(NH2)2 üre sulu çözeltinin 1,000 sinde çözünmüşse, çözeltinin molarite olarak derişimi 0.444 mol urea 1.000 L = 0.444 M CO(NH2)2 curea = General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Çözeltinin Hazırlanması Katı örneği tartın. Bir kısmı çözücü ile doldurulmuş işaretli balon şişe içerisinde çözünür. İşaretli yere kadar balon doldurulur. General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Örnek Bilinen molarite deki çözeltide çözünenin kütlesinin hesaplanması.. 0.2500 L (250 mL), 0.250 M K2CrO4 çözeltisi hazırlamak için kaç gram K2CrO4 gereklidir. Plan stratejisi: Hacim → mol → kütle İki tane çevirme faktörüne ihtiyaç var! Denklemi yazıp hessaplayın: 0.250 mol 194.02 g mK2CrO4 = 0.2500 L × × 1.00 L 1.00 mol = 12.1 g General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Çözelti Seyreltilmesi Mi × Vi Mf × Vf n M = V Mi × Vi = ni = nf = Mf × Vf Mi × Vi Vi M = = M f i Vf Vf General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Örnek Seyreltme yaparak çözelti hazırlanması Analitik kimyanın bir deneyinde 0.0100 M K2CrO4 çözeltisi gereklidir. 0.250 L of 0.0100 M lık K2CrO4 çözeltisini hazırlamak için 0.250 M K2CrO4 çözeltisinden ne kadar kullanmak gerekir ? Vi Mf Mf = Mi Vi = Vf V M f i 0.0100 mol 1.00 L 1.000 L VK2CrO4 = 0.2500 L × × 0.250 mol = 0.0100 L General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

4-4 Sınırlayıcı Bileşenin Belirlenmesi Tepkime sırasında tamamen tükenen bileşiğe sınırlayıcı bileşen denir. Oluşan ürünlerin miktarlarını belirler. General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Sınırlayıcı Bileşen Problemleri a A + b B + c C d D + e E + f F Çözüm Basamakları: Problemin Sınılayıcı Bileşen problemi olduğunun anlaşılması- problemde birden fazla tepken için kütle, mol, molarite, hacim vb. olarak madde miktarının verilmesi durumu. Her tepkenin mol miktarlarını hesaplayın! Elde edilen mol miktarlarını eşitlikteki katsayılara bölün (a,b,c vs.)! Hangi tepken için elde edilen sayı daha küçükse o tepken sınırlayıcı bileşiktir! Sınırlayıcı bileşiğin mol miktarını kullanarak ürünlerin ve fazla miktardaki diğer tepkenlerin mol miktarlarını hesaplayın. Bu mol miktarlarından istenilen birimlere (kütle, hacim, mol, atom sayısı vs.) ulaşın. General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Sınırlayıcı Bileşen Problemi Problem: Roketçiliğin ilk zamanlarında yakıt olarak iki sıvı madde olan hidrazin (N2H4) ve diazot tetroksit (N2O4) den oluşan bir karışım kullanılmaktaydı. Bu maddeler birbiriyle temas ettiğinde yanarak azot gazı ve su buharı oluştururlar. Tam olarak 1.00 x 102 g N2H4ve 2.00 x 102 g N2O4 karıştırıldığında kaç gram azot gazı açığa çıkar? Plan: İki tepken bileşiğin de miktarları verildiğinden sınırlayıcı bileşiğin bulunmasını gerektiren bir problem ile karşı karşıyayız Herbir tepkenin mol miktarlarını hesaplayın. Eşitliği yazıp denkleştirdikten sonra elde edilen bu mol miktarlarını eşitlikteki katsayılara bölün ve sınırlayıcı bileşeği bulun. Sınırlayıcı bileşiğin mol sayısı ve kimyasal eşitlikteki oranları kullanarak azotun mol sayısını ve bundan da kütlesini hesaplayın. 2 N2H4 (s) + N2O4 (s) 3 N2 (g) + 4 H2O (g) + Energy General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Sınırlayıcı Bileşen Problemi mol kütlesi N2H4 = ( 2 x 14.01 + 4 x 1.008 ) = 32.05 g/mol mol kütlesi H2O4 = ( 2 x 14.01 + 4 x 16.00 ) = 92.02 g/mol 1.00 x 102 g = 3.12 mol N2H4 Mol # N2H4 = 32.05 g/mol 2.00 x 102 g Mol# N2O4 = 92.02 g/mol = 2.17 mol N2O4 Katsayılarla bölün 3.12 mol / 2 = 1.56 mol N2H4 2.17 mol / 1 = 2.17 mol N2O4 Sınırlayıcı ! 3 mol N2 Oluşan Azot= 3.12 mol N2H4 x 2 mol N H = 4.68 mol N2 2 4 Azotun Kütlesi = 4.68 mol N2 x 28.02 g N2 / mol = 131 g N2 General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Asit - Metal Sınırlayıcı Bileşik-I 2Al(k) + 6HCl(g) 2AlCl3(k) + 3H2(g) 30.0g Al ve 20.0g HCl reaksiyona girdiğinde kaç mol Aluminyum Klorür oluşur? 30.0g Al / 26.98g Al/mol Al = 1.11 mol Al • 1.11 mol Al / 2 = 0.555 20.0g HCl / 36.5gHCl/mol HCl = 0.548 mol HCl • 0.548 mol HCl / 6 = 0.0913 Öyleyse HCl sınırlayıcı bileşiktir ! General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Asit - Metal Sınırlayıcı Bileşik-II 6 mol HCl den 2 mol AlCl3 oluşursa 0.548 mol HCl den: (0.548 mol HCl / 6 mol HCl )x 2 mol of AlCl3 = 0.183 mol AlCl3 General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

Gerçek verim= Gerçekte oluşan ürün miktarı. 4-5 Tepkime Stokiyometrisinde Diğer Konular Kuramsal (Teorik) verim= bir kimyasal tepkimede oluşan ürünlerin hesaplanarak bulunan miktarına denir. Gerçek verim= Gerçekte oluşan ürün miktarı. Gerçek Verim× 100% % Verim = Kuramsal Verim General Chemistry: Chapter 4 Prentice-Hall © 2002

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) 2.016 g/mol =10.74 mol H2 % Verim / Sınırlayıcı Bileşen Problemi - I Problem: Haber Prosesi denilen bir proses kullanılarak azot ve hidrojen gazlarından amonyak elde edilir. 85,90g of azot 21,66 g Hidrojen ile tepkimeye girdiğinde 98,67 g amonyak oluşuyorsa tepkimenin % verimi nedir? N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) Plan: Her iki tepkenin de miktarları verildiğinden bu bir sınırlayıcı Bileşik problemidir. Önce sınırlayıcı bileşik bulunduktan sonra kuramsal verim ve daha sonra da % verim hesaplanır.. Cevap: Azot ve Hidrojenin mol miktarları: Katsayı ile bölün: 85.90 g N2 mol N2 = = 3.066 mol N2 3.066 g N2 1 28.02 g/mol N2 = 3.066 21.66 g H2 10.74 g H mol H2 = Slide 31 of 29 2.016 g/mol =10.74 mol H2 2 = 3.582 3 Prentice-Hall © 2002

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) % Verim / Sınırlayıcı Bileşen Problemi - I Sınırlayıcı bileşik olarak 3.066 mol azotumuz var. Böylelikle Amonyak ın kuramsal verimi: 2 mol NH3 3.066 mol N2 x = 6.132 mol NH3 (Kuramsal Verim) 2 1 mol N 17.03 g NH3 6.132 mol NH3 x = 104.427 g NH3 (Kuramsal Verim) x 100% 1 mol NH 3 Gerçek verim % Verim = Kuramsal verim 98.67 g NH3 % Verim = Slide 32 of 29 x 100% = 94.49 % 104.427 g