Genel Kimya I (KİM-153) 2014-2015 Öğretim Yılı Güz Dönemi 2. HAFTA. KİMYASAL TEPKİMELER VE STOKİYOMETRİ

Kimyasal Tepkimelerin Sınıflandırılması Çok genel bir sınıflandırma ile kimyasal tepkimeler dört ana grupta toplanabilir: Sentez Tepkimeleri: Bu tepkimelerde, iki veya daha fazla element veya bileşik bir araya gelerek, yeni bileşik oluştururlar. Bu tepkimeler için genel tepkime denklemi aşağıdaki gibidir: Ayrışma (Bozunma) Tepkimeleri: Bu tepkimelerde, sentez tepkimelerinin tersine bir bileşik yeni bileşiklere ve/veya elementlere ayrışır. Bu tür tepkimeler, tepkenin kararsız bir bileşik olduğu veya ısı, ışık, elektroliz gibi enerjiler ile kimyasal bağların kırıldığı durumlarda gerçekleşirler. Genel tepkime denklemi aşağıdaki gibidir:

Yer Değiştirme Tepkimeleri: Bir bileşikteki bazı atom veya grupların, bir başka bileşikteki atom veya gruplar ile yer değiştirmesi tepkimeleridir. Kimyada sıklıkla karşılaşılan yükseltgenme-indirgenme tepkimeleri bu grup içinde değerlendirilir. Bu tepkimeler için genel tepkime denklemi aşağıdaki gibidir: D işareti tepkimenin ısıtılarak gerçekleştirildiğini belirtir. İyonik Tepkimeler: Sulu çözeltilerde iyonik türler arasında gerçekleşen bu tepkimelerde, zıt yüklü iyon çiftleri bir araya gelerek çökelek oluşturabilirler, gaz çıkışına neden olabilirler veya iyonik olmayan başka bileşikler oluşturabilirler. Bu tepkimeler için genel tepkime denklemi aşağıdaki gibidir: Çökelek, bir tepkimede, çözücüde çözünmeden ayrılan katı maddedir.

Kimyasal Tepkime Denklemlerinin Yazılması Bir kimyasal tepkimenin ifadesi kimyasal denklemdir. Bir kimyasal denklem, gerçekleşen tepkime ile ilgili çeşitli bilgiler verir ve bu bilgilerin doğru değerlendirilmesiyle ilgili tepkimenin hangi maddeler arasında olduğu, tepkimenin hangi koşullarda gerçekleştiği gibi önemli bilgiler edinilebilir. Tepkime türlerini anlatılırken verilen örnek tepkimelerde, tepkimeye giren atom, molekül veya iyonların hangileri olduğu, bu tepkimelerin hangi koşullarda gerçekleştiği, tepkime tepken ve ürünlerinin hangi formda olduğu (katı, sıvı, gaz, çözelti) verilmiş olmasına rağmen tepkenlerin hangisinden ne kadar kullanıldığı ve ürünlerin hangisinden ne kadar oluştuğu bilinmemektedir. Bilimde en önemli ölçütlerden biri de tekrarlanabilirlik olduğundan, bir tepkimenin tekrarlanabilirliği o tepkimeyle ilgili tüm detayların bilinmesiyle sağlanabilir. Bu nedenle bir tepkime denkleminin doğru bir şekilde, kurallara uygun yazılması, tepkimenin doğru okunmasına dolayısıyla da tekrarlanabilirliğinin kanıtlanmasına yardımcı olur. Bir kimyasal denklem basitçe, tepkimede kullanılan tepkenlerden (reaktant, tepkimeye girenler) ve oluşan ürünlerden (tepkimeden çıkanlar) meydana gelen şematik bir ifadedir. 1. Denklemde tepkenler sola, ürünler sağa yazılır. Birden fazla tepken ve ürün var ise aralarına “+” işareti konulur. Örnek bir tepkime denklemini şu şekilde verebiliriz: Na + H2O→NaOH + H2

2. Tepkimenin tipini belirtmek üzere tepken ve ürünler arasına bir ok konulur. Tek yönlü ok, tepkimenin tek yönlü ve ürünler yönüne doğru tamamlanan bir tepkime olduğunu gösterirken, çift yönlü ok, tepkimenin bir denge tepkimesi olduğunu ve tepkenler ürünlere dönüşürken, ürünlerin de tepkenlere dönüştüğünü gösterir. 3. Tepken ve ürünlerin hangi fiziksel halde olduklarını göstermek üzere; (k): katı, (s): sıvı, (g): gaz, (sulu): sulu çözelti gösterimleri tepkime denklemlerindeki tepken ve ürünlerin formüllerinin yanına yazılır. Şimdi bunu örneğimize uygulayalım. 4. Tepkimenin hangi koşullarda olduğu tepkime okunun üzerine yazılır. Örneğin, D işareti ısı anlamına gelir ve tepkimenin ısıtılarak gerçekleştiğini belirtir. Gerekiyorsa tepkime çözücüsü ve sıcaklığı da ok üzerine yazılabilir. Na(k) + H2O(s) → NaOH(sulu) + H2(g) 5. Kimyasal tepkime denklemleri kütlenin korunumu yasasına göre denkleştirilir. Bunu örnek denklemimize uygularsak 2Na(k) + 2H2O(s) → 2NaOH(sulu) + H2(g)

Kimyasal Denklemlerin Denkleştirilmesi Kütlenin korunumu yasasına göre bir kimyasal tepkimede, tepkimeye giren maddelerin (tepkenlerin) kütlelerinin toplamı, tepkimeden çıkan maddelerin (ürünlerin) kütlelerinin toplamına eşittir. Buradan tepkimeye giren atom sayısının tepkimeden çıkan atom sayısına eşit olması gerektiği sonucu çıkar. Bir tepkime denklemi, tepken ve ürünlerin hangi oranlarda birleştiğini gösteren stokiyometrik katsayılar yazılarak denkleştirilir.

YAKMA REAKSİYONLARI

Basit redoks reaksiyonlar Basit redoks reaksiyonları iki elementin bileşmesi, bir birleşik ve bir elementin açığa çıkarılması bölünme ve iyonlar arasındaki elektron alışverişidir. Basit redoks reaksiyonlarda yükseltgenme (yükseltgenme sayısının artışı) ve indirgenme (yükseltgenme sayısının azalışı) beraberce yürür. Her redoks reaksiyonda bir yükseltgen karşısında bir indirgen madde bulunur. Yükseltgen maddeler karşılarındaki maddeyi yükseltgedikten sonra kendi yükleri azalır; indirgen maddeler karşılarındaki maddeyi indirgedikten sonra kendi yükleri yükselir.

Yükseltgenme ve İndirgenme Reaksiyonlarında Denkleştirme Kuralları

Verim Bir kimyasal reaksiyon hiçbir zaman %100 gerçekleşmez. Bizim tam olarak nitelendirdiğimiz denklemler bile mutlaka çok az da olsa gerçekleşmediği bir miktara sahiptir. Genellikle inorganik maddeler arasındaki çökelme reaksiyonları tam reaksiyonlardır ve pratikte %100 gerçekleşir, verim de % 100 olarak söylenir. Ancak tam gerçekleşmeyen organik reaksiyonlarda teorik olarak beklenen miktarda ürün alınamaz. Bu durumda ele geçen miktarı teorik elde edilmesi gerekene bölüp yüzle çarparak verim yüzdesi hesaplanır.

STOKİYOMETRİ Bir tepkimedeki tüm bileşenler (tepkenler ve ürünler) arasındaki mol, kütle veya hacim cinsinden madde miktarı ilişkisine stokiyometri denir. Kimyasal tepkime denklemlerinin denkleştirilmesi konusunda, denkleştirilmiş bir denklemde tepken ve ürünlerin önündeki sayıların stokiyometrik katsayıar olduğunu ve bu katsayıların tepkimede ilgili bileşenlerin mol sayıları ile ilişkili olduğunu öğrenmiştik. Şimdi stokiyometri yardımıyla tepken ve ürünler arasında kütle - mol - kütle ilişkisinin nasıl kurulabileceğini görelim. Kütle - Mol - Kütle İlişkisi Bir kimyasal tepkime denklemini denkleştirirken, stokiyometrik katsayıların kullanıldığını görmüştük. Stokiyometrik katsayılar, önlerinde oldukları bileşiklerin tepkimedeki mol sayılarını da belirttikleri için tepkimedeki tepkenlerin ve ürünlerin miktarlarının hesaplanabilmesini de sağlarlar. Denkleştirilmiş denklemde bulunan tepken veya ürünlerden herhangi birisinin kütlesi biliniyorsa, diğerlerinin kütlesini hesaplamak mümkün olmaktadır. Bu ilişkiye Kütle - Mol- Kütle İlişkisi denir.

ÖRNEKLER ÖRNEK 1

ÖRNEK 2

ÖRNEK 3 ÖRNEK 4

ÖRNEK 5