Kimyasal Tepkimelerde Hız
Çarpışma teorisi, aktifleşme enerjisi, hız ifadesi ve ortalama hız, deney tablosundan hız denklemi, mekanizma, hıza etki eden faktörler ve katalizör.
- Bir tepkimenin neden bazen saniyeler, bazen yıllar sürdüğünü çarpışma teorisiyle açıklamayı; etkin çarpışma, uygun geometri ve eşik enerjisi kavramlarını
- Aktifleşmiş kompleksi ve aktifleşme enerjisini potansiyel enerji diyagramında göstermeyi; ileri ve geri aktifleşme enerjisinden ΔH bulmayı
- Tepkime hızını derişim, basınç, hacim ya da kütle değişimiyle ifade etmeyi; ortalama hızı ve maddelerin harcanma ya da oluşma hızları arasındaki oranı hesaplamayı
- Deney tablosundan hız denklemini, tepkime derecesini ve hız sabitini bulmayı; mekanizmalı tepkimelerde yavaş basamağı, ara ürünü ve katalizörü ayırt etmeyi
- Madde cinsi, derişim, sıcaklık, temas yüzeyi ve katalizörün hıza etkisini; Maxwell-Boltzmann dağılımını nitel olarak yorumlamayı
- Derişim-zaman, gaz hacmi-zaman ve potansiyel enerji grafiklerini okumayı
Tepkime hızı nedir?
Mutfakta bir kibriti çaktığında yanma bir anda başlar. Bahçedeki demir bir tel ise aynı oksijenle aylar içinde paslanır. İki olayda da bir madde oksijenle tepkimeye girer; fark, tepkimenin ne kadar çabuk yürüdüğündedir. Kimyacılar bu çabukluğu tepkime hızı ile ölçer: birim zamanda girenlerin ne kadar azaldığı ya da ürünlerin ne kadar arttığı.
Çözeltide ya da sabit hacimli bir kapta yürüyen tepkimelerde en kullanışlı nicelik derişimdir. Derişim mol/L (M) ile, zaman saniye ile ölçülürse hızın birimi M/s, yani mol/(L·s) olur. Girenlerin derişimi zamanla azaldığı için \(\Delta[\text{giren}]\) negatiftir; hızı pozitif bir sayı olarak vermek için önüne eksi işareti konur. Ürünlerin derişimi arttığı için onlarda işaret gerekmez.
Bir sorun var: maddeler aynı hızla değişmez. Amonyak sentezinde \(\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightarrow 2\text{NH}_3(g)\) her 1 mol azot harcanırken 3 mol hidrojen harcanır ve 2 mol amonyak oluşur. Hidrojenin derişimi azotunkinden üç kat hızlı azalır. Tek bir "tepkime hızı" tanımlamak için her maddenin değişim hızı kendi katsayısına bölünür:
Böylece hangi maddeye bakılırsa bakılsın aynı \(r\) değeri bulunur. Pratikte sorular genellikle bir maddenin "harcanma hızı" ya da "oluşma hızı"nı verir ve başka bir maddeninkini sorar. Kural basittir: harcanma ve oluşma hızlarının oranı katsayıların oranına eşittir. Hidrojen 0,06 M/s hızla harcanıyorsa amonyak \(0{,}06 \cdot \frac{2}{3} = 0{,}04\) M/s hızla oluşur.
Ölçülen nicelik derişim olmak zorunda değildir. Gaz çıkışı olan bir tepkimede birim zamanda toplanan gaz hacmi (mL/s), sabit hacimli kapta gaz basıncındaki değişim (atm/s), açık kapta kütle kaybı (g/s) ya da mol değişimi (mol/s) de hız olarak kullanılabilir. Hangisi kullanılırsa kullanılsın, maddeler arasındaki oran yine katsayılardan gelir; yalnızca kütle hızlarında her maddenin mol kütlesi de işe karışır.
Ortalama hız ve derişim-zaman grafiği
Bir zaman aralığındaki değişimin aralığın uzunluğuna bölünmesiyle ortalama hız bulunur. Aşağıdaki grafikte \(\text{A}(g) \rightarrow 2\text{B}(g)\) tepkimesinde A'nın derişimi ilk 20 saniyede 0,8 M'den 0,4 M'ye, sonraki 20 saniyede 0,4 M'den 0,2 M'ye iniyor.
İlk aralıkta A'nın ortalama harcanma hızı \(\frac{0{,}4}{20} = 0{,}02\) M/s, ikinci aralıkta \(\frac{0{,}2}{20} = 0{,}01\) M/s'dir. Hız zamanla azalır, çünkü girenlerin derişimi azaldıkça tanecikler daha seyrek çarpışır. Eğrinin başta dik, sonra yatık olması bunun görüntüsüdür. B'nin oluşma hızı her aralıkta A'nın harcanma hızının iki katıdır; grafikte B'nin eğrisi A'nınkinin ayna görüntüsü gibi ama iki kat ölçekte yükselir. Tepkime tamamlandığında A tükenmeye yaklaşır, B ise 1,6 M'ye yaklaşır.
Hız nasıl ölçülür?
Bir tepkimenin hızını ölçmek için zamanla değişen ve kolay izlenebilen bir özellik seçilir. Seçim tepkimenin türüne bağlıdır:
- Gaz hacmi: Magnezyum şeridin hidroklorik asitle tepkimesinde \(\text{Mg}(k) + 2\text{HCl}(suda) \rightarrow \text{MgCl}_2(suda) + \text{H}_2(g)\) çıkan hidrojen bir gaz şırıngasında ya da su üstünde toplanır ve hacmi belirli aralıklarla okunur.
- Kütle kaybı: Açık bir kapta \(\text{CaCO}_3(k) + 2\text{HCl}(suda) \rightarrow \text{CaCl}_2(suda) + \text{H}_2\text{O}(s) + \text{CO}_2(g)\) tepkimesi terazi üzerinde yürütülürse kaçan karbon dioksit kadar kütle azalır.
- Basınç: Sabit hacimli kapta gazların toplam mol sayısı değişiyorsa basınç da değişir. \(2\text{N}_2\text{O}_5(g) \rightarrow 4\text{NO}_2(g) + \text{O}_2(g)\) tepkimesinde 2 mol gaz 5 mol gaza dönüştüğü için basınç artar. \(\text{H}_2(g) + \text{I}_2(g) \rightarrow 2\text{HI}(g)\) tepkimesinde ise gaz mol sayısı değişmez; basınç ölçümü işe yaramaz.
- Renk: Renkli bir giren ya da ürün varsa renk şiddeti izlenir. İyot buharı mor renklidir; yukarıdaki tepkimede mor rengin açılması tepkimenin ilerleyişini gösterir. Mavi renkli \(\text{Cu}^{2+}\) iyonlarının çinkoyla tepkimesinde \(\text{Zn}(k) + \text{Cu}^{2+}(suda) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(suda) + \text{Cu}(k)\) çözeltinin mavi rengi açılır.
- Elektrik iletkenliği: Çözeltideki iyonların sayısı ya da türü değişiyorsa iletkenlik değişir. Nötr moleküllerden iyon oluşan ya da iyonların çöktüğü tepkimeler bu yolla izlenebilir.
Çarpışma teorisi
Bir tepkimenin olabilmesi için tanecikler önce birbirine çarpmalıdır. Ancak bir gaz örneğinde her saniye sayısız çarpışma olur; her çarpışma ürün verseydi bütün gaz tepkimeleri bir anda biterdi. Demek ki çarpışmaların yalnızca küçük bir kısmı ürün oluşturur. Ürün oluşturan çarpışmaya etkin çarpışma denir. Bir çarpışmanın etkin olması için iki koşul gerekir:
- Uygun geometri (yönelim): Tanecikler, kırılacak ve oluşacak bağların bulunduğu bölgelerden çarpışmalıdır.
- Yeterli enerji: Çarpışan taneciklerin kinetik enerjileri toplamı en az belirli bir değere ulaşmalıdır. Bu en düşük enerjiye eşik enerjisi denir.
Bu teori hıza etki eden bütün faktörleri tek bir soruya indirir: "Bu değişiklik birim zamandaki etkin çarpışma sayısını nasıl etkiler?" Derişimi artırmak birim hacimdeki tanecik sayısını, dolayısıyla çarpışma sayısını artırır. Sıcaklığı artırmak eşik enerjisini aşan taneciklerin oranını artırır. Katalizör eşiği alçaltır. Temas yüzeyini artırmak katının çarpışmaya açık taneciklerini çoğaltır.
Aktifleşmiş kompleks ve potansiyel enerji diyagramı
Etkin bir çarpışmada eski bağlar zayıflarken yeni bağlar oluşmaya başlar. Bu kısa an, ne girenlere ne ürünlere benzeyen, yüksek enerjili ve kararsız bir atom düzeni içerir. Bu düzene aktifleşmiş kompleks denir. Ömrü son derece kısadır, ayrıca yalıtılıp şişeye konamaz; ya ürünlere ya da yeniden girenlere dağılır.
Girenlerin potansiyel enerjisiyle aktifleşmiş kompleksin potansiyel enerjisi arasındaki farka aktifleşme enerjisi (\(E_a\)) denir. Girenler bu tepeyi aşmadan ürüne dönüşemez. Tepeyi geriye doğru, ürünler tarafından aşmak için gereken enerji geri aktifleşme enerjisidir.
Diyagramdan doğrudan şu bağıntı okunur:
Ekzotermik tepkimede \(\Delta H < 0\), dolayısıyla \(E_a(\text{geri}) > E_a(\text{ileri})\) olur. Endotermik tepkimede tersi geçerlidir. Aktifleşme enerjisi pozitif bir büyüklüktür. \(E_a\) ile \(\Delta H\) birbirinden bağımsızdır: çok ekzotermik bir tepkimenin aktifleşme enerjisi yüksek olabilir. Odun ile oksijenin tepkimesi çok enerji açığa çıkarır, ama odun havada kendiliğinden tutuşmaz; bir kibritle tepeyi aşacak enerji verilmelidir. Tepkime başladıktan sonra açığa çıkan ısı yeni taneciklerin tepeyi aşmasını sağlar ve yanma sürer.
Hız denklemi ve tepkime derecesi
Deneyler, tepkime hızının girenlerin derişimine bağlı olduğunu gösterir. Bu bağlılığı veren eşitliğe hız denklemi (hız yasası) denir. \(\text{X} + \text{Y} \rightarrow \text{ürünler}\) tepkimesi için
biçimindedir. Burada \(k\) hız sabitidir; tepkimenin türüne, sıcaklığa ve katalizör olup olmamasına bağlıdır, derişime bağlı değildir. Üsler \(x\) ve \(y\) tepkimenin X'e ve Y'ye göre derecesi, toplamları \(x + y\) ise tepkime derecesidir.
Tek basamakta, yani girenlerin doğrudan çarpışmasıyla yürüyen (temel) tepkimelerde üsler denklemdeki katsayılara eşittir. \(2\text{NO}_2(g) \rightarrow \text{NO}_3(g) + \text{NO}(g)\) basamağı iki \(\text{NO}_2\) molekülünün çarpışmasıyla yürür; hızı \(r = k[\text{NO}_2]^2\)'dir. Çok basamaklı tepkimelerde ise üsler katsayılardan çıkarılamaz; ya deneyle bulunur ya da en yavaş basamaktan okunur. Bir tepkimenin derecesi hakkında denkleme bakarak kesin bir şey söylenemez; bu, konunun en önemli uyarısıdır.
Hız denklemine yalnızca derişimi değişebilen türler yazılır. Saf katıların ve saf sıvıların derişimi sabit kabul edildiği için hız denklemine yazılmaz; onların etkisi \(k\)'nin içindedir. \(\text{C}(k) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g)\) tek basamaklı kabul edilirse hız denklemi \(r = k[\text{O}_2]\)'dir.
Hız sabitinin birimi tepkime derecesine göre değişir. Hız M/s, derişimler M olduğundan toplam derece \(n\) ise \(k\)'nin birimi \(\text{M}^{1-n} \cdot \text{s}^{-1}\) olur: birinci derecede \(\text{s}^{-1}\), ikinci derecede \(\text{M}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}\), üçüncü derecede \(\text{M}^{-2} \cdot \text{s}^{-1}\). Sorularda birim, derecenin sağlamasını yapmak için iyi bir araçtır.
Gaz tepkimelerinde derişim kabın hacmine de bağlıdır. Sabit sıcaklıkta kabın hacmi yarıya indirilirse mol sayıları değişmez ama bütün gazların derişimi iki katına çıkar. Hız denklemi \(r = k[\text{X}]^2[\text{Y}]\) ise hız \(2^2 \cdot 2 = 8\) katına çıkar. Sabit hacimde tepkimeye katılmayan bir soy gaz eklemek toplam basıncı artırır ama X ve Y'nin derişimini değiştirmez; hız değişmez.
Deney verilerinden hız denklemi
ÖSYM'nin en sevdiği soru tipi, aynı sıcaklıkta yapılmış birkaç deneyin başlangıç derişimlerini ve başlangıç hızlarını veren bir tablodur. Yöntem şudur: Bir maddenin derişimi değişirken diğerlerinin sabit kaldığı iki deney seçilir. Hızlar oranı, değişen derişimin oranının o maddenin derecesi kadar kuvvetidir.
| Deney | \([\text{X}]\) (M) | \([\text{Y}]\) (M) | Başlangıç hızı (M/s) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,10 | 0,10 | \(2 \cdot 10^{-3}\) |
| 2 | 0,20 | 0,10 | \(4 \cdot 10^{-3}\) |
| 3 | 0,10 | 0,20 | \(8 \cdot 10^{-3}\) |
- ve 2. deneylerde Y sabit, X iki katına çıkmış, hız da iki katına çıkmıştır: \(2^x = 2\), \(x = 1\). 1. ve 3. deneylerde X sabit, Y iki katına çıkmış, hız dört katına çıkmıştır: \(2^y = 4\), \(y = 2\). Hız denklemi \(r = k[\text{X}][\text{Y}]^2\), tepkime derecesi 3'tür. Hız sabiti herhangi bir deneyden bulunur: \(k = \frac{2 \cdot 10^{-3}}{0{,}10 \cdot 0{,}10^2} = 2\) \(\text{M}^{-2} \cdot \text{s}^{-1}\).
Bazen hiçbir deney çiftinde yalnızca bir derişim değişmez. O zaman önce bir maddenin derecesi bulunur, sonra iki derişimin birlikte değiştiği deneyde bilinen etki çıkarılarak diğerininki hesaplanır. Derişim iki katına çıktığı hâlde hız değişmiyorsa o maddeye göre derece sıfırdır; madde tepkimeye girer ama hızı etkilemez.
Mekanizmalı tepkimeler
Çoğu tepkime tek bir çarpışmayla değil, ardışık basit basamaklarla yürür. Bu basamakların dizisine tepkime mekanizması denir. Üç ya da daha fazla taneciğin aynı anda, uygun geometride ve yeterli enerjiyle çarpışması çok düşük olasılıklı olduğu için toplam denklemi kalabalık olan tepkimeler genellikle çok basamaklıdır. Basamakların toplamı net denklemi verir.
Düşük sıcaklıkta \(\text{NO}_2(g) + \text{CO}(g) \rightarrow \text{NO}(g) + \text{CO}_2(g)\) tepkimesi şöyle yürür:
- \(\text{NO}_2(g) + \text{NO}_2(g) \rightarrow \text{NO}_3(g) + \text{NO}(g)\) (yavaş)
- \(\text{NO}_3(g) + \text{CO}(g) \rightarrow \text{NO}_2(g) + \text{CO}_2(g)\) (hızlı)
Basamaklar toplanınca bir basamakta oluşup sonrakinde harcanan \(\text{NO}_3\) sadeleşir. Böyle türlere ara ürün denir: mekanizmada oluşur, harcanır, net denklemde görünmez. Birinci basamağın iki \(\text{NO}_2\)'sinden biri ikinci basamakta yeniden oluşan \(\text{NO}_2\) ile sadeleşir ve geriye net denklem kalır.
Bir mekanizmanın hızını en yavaş basamak belirler. Bir otoyolda tek şeride düşen dar bir köprü, yolun geri kalanı ne kadar geniş olursa olsun trafiğin akışını belirler. Aynı biçimde yavaş basamakta ürün oluştukça hızlı basamaklar onu hemen işler. Yukarıdaki tepkimenin hız denklemi yavaş basamaktan \(r = k[\text{NO}_2]^2\) olarak yazılır. CO'nun derişimi hıza etki etmez; tepkimenin CO'ya göre derecesi sıfırdır. Bu sonuç deneylerle de doğrulanmıştır ve net denklemden üs okumanın neden yanlış olduğunu gösterir.
Katalizör ile ara ürünün farkı sık sorulur. Ara ürün mekanizmada önce oluşur, sonra harcanır. Katalizör ise önce harcanır, sonra yeniden oluşur; tepkimenin başında ve sonunda aynı miktardadır. Hidrojen peroksitin iyodür iyonlarıyla ayrışması buna güzel bir örnektir:
- \(\text{H}_2\text{O}_2(suda) + \text{I}^{-}(suda) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(s) + \text{IO}^{-}(suda)\) (yavaş)
- \(\text{H}_2\text{O}_2(suda) + \text{IO}^{-}(suda) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(s) + \text{O}_2(g) + \text{I}^{-}(suda)\) (hızlı)
Net tepkime \(2\text{H}_2\text{O}_2(suda) \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}(s) + \text{O}_2(g)\)'dir. \(\text{I}^{-}\) katalizör, \(\text{IO}^{-}\) ara üründür. Hız denklemi yavaş basamaktan \(r = k[\text{H}_2\text{O}_2][\text{I}^{-}]\) olur. Katalizör net denklemde görünmez ama hız denkleminde yer alabilir: iyodür derişimini iki katına çıkarmak hızı iki katına çıkarır.
Hıza etki eden faktörler
Madde cinsi. Aynı koşullarda farklı maddelerin tepkimeleri farklı hızda yürür, çünkü kırılması gereken bağlar ve aktifleşme enerjileri farklıdır. Oda sıcaklığında zıt yüklü iyonlar arasındaki tepkimeler, örneğin \(\text{Ag}^{+}(suda) + \text{Cl}^{-}(suda) \rightarrow \text{AgCl}(k)\) çökelmesi, karıştırma anında gerçekleşir; bağ kırılması gerekmez. Güçlü kovalent bağların kırılması gereken tepkimeler ise genellikle yavaştır ve kırılacak bağ sayısı arttıkça yavaşlama eğilimindedir. Aynı gruptaki metallerden potasyumun suyla tepkimesinin sodyumunkinden hızlı olması da madde cinsinin etkisidir.
Derişim ve basınç. Girenlerin derişimi arttıkça birim hacimdeki tanecik sayısı, dolayısıyla birim zamandaki çarpışma ve etkin çarpışma sayısı artar. Gazlarda sabit sıcaklıkta hacmi küçültmek derişimleri artırır. Derişim hız sabitini değiştirmez; hız denkleminde \(k\) aynı kalır, derişim terimleri değişir. Bir maddeye göre derece sıfırsa o maddenin derişimi hızı etkilemez.
Sıcaklık. Bir gazdaki taneciklerin hepsi aynı kinetik enerjiye sahip değildir. Enerjilerin dağılımını gösteren eğriye Maxwell-Boltzmann dağılımı denir. Eğrinin altındaki alan toplam tanecik sayısını verir; eşik enerjisinin sağında kalan alan ise etkin çarpışma yapabilecek taneciklerdir.
Şekildeki iki eğride sıcaklık 1,6 katına çıkarken eşik enerjisini aşan taneciklerin oranı yaklaşık 3,7 katına çıkmıştır. Sıcaklık artışının hızı bu kadar güçlü etkilemesinin nedeni budur: çarpışma sayısı biraz artar, ama asıl artış eşiği aşan taneciklerin oranındadır. Oda sıcaklığı civarında birçok tepkimenin hızı 10 °C'lik artışla kabaca iki katına çıkar. Sıcaklık artışı aktifleşme enerjisini değiştirmez; hız sabiti \(k\)'yi büyütür. Ekzotermik ya da endotermik, bütün tepkimelerin hızı sıcaklıkla artar. Yiyecekleri buzdolabında saklamamızın nedeni bozulma tepkimelerini yavaşlatmaktır.
Temas yüzeyi. Katının yalnızca yüzeyindeki tanecikler çarpışmaya katılabilir. Aynı kütledeki bir katı toz hâline getirilince yüzey alanı büyür ve hız artar. Bu etki yalnızca farklı fazların karşılaştığı (heterojen) tepkimelerde görülür; gaz karışımlarında ya da çözeltilerde temas yüzeyinden söz edilmez.
Hız ile ürün miktarını karıştırmamak gerekir. Temas yüzeyi, sıcaklık ya da katalizör ürünün ne kadar çabuk oluştuğunu değiştirir; tamamlanan bir tepkimede ne kadar ürün oluşacağını sınırlayıcı bileşenin miktarı belirler. Gaz hacmi-zaman grafiklerinde eğim hızı, son düzlük ürün miktarını gösterir.
Katalizör. Tepkimeyi hızlandıran ve tepkime sonunda kimyasal olarak değişmeden kalan maddeye katalizör denir. Katalizör tepkimeye daha düşük aktifleşme enerjili yeni bir mekanizma (yol) sunar. Potansiyel enerji diyagramında tepe alçalır ama girenlerin ve ürünlerin düzeyi aynı kalır. Bunun sonuçları şunlardır:
- İleri ve geri aktifleşme enerjileri aynı miktarda azalır; ileri ve geri tepkimelerin ikisi de hızlanır.
- \(\Delta H\) değişmez; tepkimenin verdiği ya da aldığı ısı aynıdır.
- Dengeye daha kısa sürede ulaşılır ama denge konumu değişmez; ürün miktarı artmaz.
- Katalizör az miktarda yeterlidir ve tepkime sonunda geri kazanılır.
Katalizör girenlerle aynı fazdaysa homojen, farklı fazdaysa heterojen katalizör adını alır. Otomobillerin katalitik dönüştürücülerinde platin, paladyum ve rodyum gibi metaller zehirli gazların dönüşümünü yüzeylerinde hızlandırır. Canlılardaki katalizörler enzimlerdir; tükürükteki amilaz nişastanın parçalanmasını hızlandırır.
İnhibitör. Tepkimeyi yavaşlatan maddelere inhibitör denir. Bazıları bir katalizörü etkisiz hâle getirerek, bazıları zincir hâlinde yürüyen tepkimelerdeki etkin tanecikleri tutarak çalışır. Gıdalara eklenen antioksidanlar, yağların oksijenle bozulmasını yavaşlatan inhibitörlerdir.
Formüller
Çözümlü örnekler
Belirli bir sıcaklıkta sabit hacimli bir kapta \(2\text{N}_2\text{O}_5(g) \rightarrow 4\text{NO}_2(g) + \text{O}_2(g)\) tepkimesi yürüyor. \(\text{N}_2\text{O}_5\)'in derişimi 400 saniyede 0,80 M'den 0,48 M'ye iniyor. Bu aralıkta tepkimenin ortalama hızı ve \(\text{NO}_2\)'nin ortalama oluşma hızı kaç M/s'dir?
- \(\text{N}_2\text{O}_5\)'in derişimindeki azalma \(0{,}80 - 0{,}48 = 0{,}32\) M'dir; ortalama harcanma hızı \(\frac{0{,}32}{400} = 8 \cdot 10^{-4}\) M/s.
- Tepkime hızı bu değerin katsayıya bölünmesiyle bulunur: \(r = \frac{8 \cdot 10^{-4}}{2} = 4 \cdot 10^{-4}\) M/s.
- \(\text{NO}_2\)'nin katsayısı 4'tür: oluşma hızı \(4 \cdot 4 \cdot 10^{-4} = 1{,}6 \cdot 10^{-3}\) M/s. \(\text{O}_2\)'nin oluşma hızı ise tepkime hızına eşittir.
Cevap: \(4 \cdot 10^{-4}\) M/s; \(1{,}6 \cdot 10^{-3}\) M/s
Bir tepkimenin ileri aktifleşme enerjisi 120 kJ, entalpi değişimi ΔH = −40 kJ'dir. Ortama eklenen bir katalizör ileri aktifleşme enerjisini 50 kJ azaltıyor. Katalizörsüz tepkimenin geri aktifleşme enerjisi ile katalizörlü tepkimenin ileri ve geri aktifleşme enerjileri kaç kJ'dir?
- \(\Delta H = E_a(\text{ileri}) - E_a(\text{geri})\) bağıntısından \(-40 = 120 - E_a(\text{geri})\), \(E_a(\text{geri}) = 160\) kJ.
- Katalizör ileri aktifleşme enerjisini \(120 - 50 = 70\) kJ'e indirir.
- Girenlerin ve ürünlerin enerjisi değişmediği için geri aktifleşme enerjisi de aynı miktarda azalır: \(160 - 50 = 110\) kJ. Denetim: \(70 - 110 = -40\) kJ, ΔH değişmemiştir.
Cevap: 160 kJ; katalizörlü 70 kJ ve 110 kJ
Belirli bir sıcaklıkta \(\text{X}(g) + 2\text{Y}(g) \rightarrow \text{Z}(g)\) tepkimesi için yapılan deneylerde başlangıç derişimleri ve başlangıç hızları şöyledir: 1. deney \([\text{X}] = 0{,}1\) M, \([\text{Y}] = 0{,}1\) M, \(r = 2 \cdot 10^{-3}\) M/s; 2. deney \([\text{X}] = 0{,}2\) M, \([\text{Y}] = 0{,}1\) M, \(r = 4 \cdot 10^{-3}\) M/s; 3. deney \([\text{X}] = 0{,}1\) M, \([\text{Y}] = 0{,}2\) M, \(r = 8 \cdot 10^{-3}\) M/s. Hız denklemi nedir? \([\text{X}] = 0{,}3\) M ve \([\text{Y}] = 0{,}5\) M olduğunda hız kaç M/s olur?
- 1. ve 2. deneyler: Y sabit, X iki katı, hız iki katı; \(x = 1\).
- 1. ve 3. deneyler: X sabit, Y iki katı, hız dört katı; \(y = 2\). Hız denklemi \(r = k[\text{X}][\text{Y}]^2\).
- \(k = \frac{2 \cdot 10^{-3}}{0{,}1 \cdot 0{,}1^2} = 2\) \(\text{M}^{-2} \cdot \text{s}^{-1}\).
- \(r = 2 \cdot 0{,}3 \cdot 0{,}5^2 = 0{,}15\) M/s.
Cevap: \(r = k[\text{X}][\text{Y}]^2\); 0,15 M/s
\(\text{X}(g) + \text{Y}(g) \rightarrow \text{Z}(g)\) tepkimesi için aynı sıcaklıkta yapılan deneyler: 1. deney \([\text{X}] = 0{,}10\) M, \([\text{Y}] = 0{,}10\) M, \(r = 1{,}2 \cdot 10^{-4}\) M/s; 2. deney \([\text{X}] = 0{,}20\) M, \([\text{Y}] = 0{,}10\) M, \(r = 4{,}8 \cdot 10^{-4}\) M/s; 3. deney \([\text{X}] = 0{,}20\) M, \([\text{Y}] = 0{,}30\) M, \(r = 1{,}44 \cdot 10^{-3}\) M/s. \([\text{X}] = 0{,}30\) M ve \([\text{Y}] = 0{,}20\) M olan 4. deneyde hız kaç M/s'dir?
- 1. ve 2. deneyler: Y sabit, X iki katı, hız dört katı; \(x = 2\).
- 2. ve 3. deneyler: X sabit, Y üç katı, hız \(\frac{1{,}44 \cdot 10^{-3}}{4{,}8 \cdot 10^{-4}} = 3\) katı; \(y = 1\).
- \(k = \frac{1{,}2 \cdot 10^{-4}}{0{,}10^2 \cdot 0{,}10} = 0{,}12\) \(\text{M}^{-2} \cdot \text{s}^{-1}\).
- \(r_4 = 0{,}12 \cdot 0{,}30^2 \cdot 0{,}20 = 2{,}16 \cdot 10^{-3}\) M/s.
Cevap: \(2{,}16 \cdot 10^{-3}\) M/s
\(\text{NO}_2(g) + \text{F}_2(g) \rightarrow \text{NO}_2\text{F}(g) + \text{F}(g)\) (yavaş) ve \(\text{F}(g) + \text{NO}_2(g) \rightarrow \text{NO}_2\text{F}(g)\) (hızlı) basamaklarıyla yürüyen tepkimenin net denklemi, ara ürünü ve hız denklemi nedir? Sabit sıcaklıkta kabın hacmi yarıya indirilirse hız kaç katına çıkar?
- Basamaklar toplanır: birinci basamakta oluşan F ikinci basamakta harcanır ve sadeleşir. Net denklem \(2\text{NO}_2(g) + \text{F}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}_2\text{F}(g)\).
- F atomu mekanizmada önce oluşup sonra harcandığı için ara üründür. Ortamda katalizör yoktur.
- Hızı yavaş basamak belirler: \(r = k[\text{NO}_2][\text{F}_2]\). Net denklemdeki 2 katsayısı üs değildir.
- Hacim yarıya inince iki derişim de iki katına çıkar: hız \(2 \cdot 2 = 4\) katına çıkar.
Cevap: \(r = k[\text{NO}_2][\text{F}_2]\), ara ürün F, hız 4 katına çıkar
Sulu çözeltide \(\text{H}_2\text{O}_2(suda) + \text{I}^{-}(suda) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(s) + \text{IO}^{-}(suda)\) (yavaş) ve \(\text{H}_2\text{O}_2(suda) + \text{IO}^{-}(suda) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(s) + \text{O}_2(g) + \text{I}^{-}(suda)\) (hızlı) basamaklarıyla yürüyen ayrışmada katalizör ve ara ürün hangisidir? \([\text{H}_2\text{O}_2]\) yarıya inip \([\text{I}^{-}]\) üç katına çıkarılırsa hız nasıl değişir?
- \(\text{I}^{-}\) birinci basamakta harcanıp ikinci basamakta yeniden oluşur: katalizördür. \(\text{IO}^{-}\) önce oluşup sonra harcanır: ara üründür.
- Net denklem \(2\text{H}_2\text{O}_2(suda) \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}(s) + \text{O}_2(g)\). Su sıvı (çözücü) olduğu için hız denklemine yazılmaz.
- Yavaş basamaktan \(r = k[\text{H}_2\text{O}_2][\text{I}^{-}]\).
- Yeni hız \(\frac{1}{2} \cdot 3 = 1{,}5\) katıdır.
Cevap: \(\text{I}^{-}\) katalizör, \(\text{IO}^{-}\) ara ürün; hız 1,5 katına çıkar
\(2\text{X}(g) + \text{Y}(g) \rightarrow 2\text{Z}(g)\) tepkimesinin hız denklemi deneyle \(r = k[\text{X}]^2[\text{Y}]\) olarak bulunmuştur. Sabit sıcaklıkta kabın hacmi yarıya indirilirse hız kaç katına çıkar? Başlangıçtaki kapta X'in mol sayısı iki katına çıkarılıp aynı anda kabın hacmi iki katına çıkarılırsa hız nasıl değişir?
- Hacim yarıya inince \([\text{X}]\) ve \([\text{Y}]\) iki katına çıkar: hız \(2^2 \cdot 2 = 8\) katına çıkar.
- İkinci durumda X'in mol sayısı ve hacim iki katına çıktığı için \([\text{X}]\) değişmez.
- Y'nin mol sayısı aynı, hacim iki katı: \([\text{Y}]\) yarıya iner. Hız \(1^2 \cdot \frac{1}{2} = \frac{1}{2}\) katına, yani yarısına iner.
- İki durumda da sıcaklık sabit olduğundan \(k\) değişmez.
Cevap: 8 katına çıkar; yarıya iner
\(\text{A}(g) \rightarrow 2\text{B}(g)\) tepkimesinde A'nın derişimi 0, 20 ve 40. saniyelerde sırasıyla 0,8 M, 0,4 M ve 0,2 M ölçülüyor; başlangıçta kapta B yoktur. 0–20 s ve 20–40 s aralıklarında A'nın ortalama harcanma hızları kaç M/s'dir? 40. saniyede \([\text{B}]\) kaç M'dir?
- 0–20 s: \(\frac{0{,}8 - 0{,}4}{20} = 0{,}02\) M/s.
- 20–40 s: \(\frac{0{,}4 - 0{,}2}{20} = 0{,}01\) M/s. Derişim azaldıkça hız azalmıştır.
- 40 s'ye kadar A'nın derişimi \(0{,}8 - 0{,}2 = 0{,}6\) M azalmıştır; katsayı oranı 1 : 2 olduğundan \([\text{B}] = 2 \cdot 0{,}6 = 1{,}2\) M.
Cevap: 0,02 M/s ve 0,01 M/s; 1,2 M
Terazi üzerindeki açık bir kapta 10 g parça \(\text{CaCO}_3\) üzerine 2 M HCl çözeltisinden 100 mL ekleniyor: \(\text{CaCO}_3(k) + 2\text{HCl}(suda) \rightarrow \text{CaCl}_2(suda) + \text{H}_2\text{O}(s) + \text{CO}_2(g)\). İlk 50 saniyede terazinin gösterdiği değer 2,2 g azalıyor. Oluşan \(\text{CO}_2\)'nin tamamının kaptan çıktığı ve çözeltinin hacminin değişmediği varsayılırsa bu aralıkta \(\text{CO}_2\)'nin ortalama oluşma hızı kaç mol/s, HCl'nin ortalama harcanma hızı kaç M/s'dir? (C: 12, O: 16, Ca: 40)
- Kütle kaybı kaçan \(\text{CO}_2\)'nin kütlesidir: \(\frac{2{,}2}{44} = 0{,}05\) mol. Ortalama oluşma hızı \(\frac{0{,}05}{50} = 1 \cdot 10^{-3}\) mol/s.
- Denkleme göre her mol \(\text{CO}_2\) için 2 mol HCl harcanır: 0,1 mol HCl.
- Çözelti 0,1 L olduğundan HCl derişimi \(\frac{0{,}1}{0{,}1} = 1\) M azalmıştır; ortalama harcanma hızı \(\frac{1}{50} = 0{,}02\) M/s.
- Denetim: Başta 0,2 mol HCl ve 0,1 mol \(\text{CaCO}_3\) vardı; 50 saniyede ikisi de tükenmemiştir.
Cevap: \(1 \cdot 10^{-3}\) mol/s; 0,02 M/s
Sık yapılan hatalar
- Hız denkleminin üslerini net denklemin katsayılarından yazmak. Bu yalnızca tek basamaklı tepkimelerde doğrudur; çok basamaklı tepkimede üsler deneyle ya da yavaş basamaktan bulunur.
- Tepkime hızı ile bir maddenin harcanma hızını aynı sanmak. \(2\text{X} \rightarrow \ldots\) tepkimesinde X'in harcanma hızı tepkime hızının iki katıdır.
- Katalizörün ΔH'yi ya da ürün miktarını değiştirdiğini düşünmek. Katalizör yalnızca tepeyi alçaltır; ileri ve geri aktifleşme enerjilerini aynı miktarda azaltır.
- Sıcaklığın aktifleşme enerjisini düşürdüğünü söylemek. Sıcaklık eşiği değil, eşiği aşan taneciklerin oranını değiştirir; hız sabiti büyür.
- Derişim artınca hız sabitinin de arttığını sanmak. \(k\) yalnızca tepkimenin türüne ve sıcaklığa (ve katalizöre) bağlıdır.
- Ara ürün ile katalizörü karıştırmak. Ara ürün önce oluşur sonra harcanır; katalizör önce harcanır sonra yeniden oluşur.
- Saf katıların ya da çözücü suyun derişimini hız denklemine yazmak.
- Sabit hacimde soy gaz eklemenin hızı artırdığını düşünmek. Toplam basınç artar ama girenlerin derişimi değişmez.
Stratosferdeki ozon tabakası Güneş'in zararlı morötesi ışınlarının büyük kısmını tutar. 1970'lerde kimyacılar, buzdolaplarında ve spreylerde kullanılan kloroflorokarbonların (CFC) stratosfere ulaşınca morötesi ışıkla parçalanıp klor atomları saldığını ve bu atomların ozonun yıkımını hızlandırdığını öne sürdü; sonraki ölçümler bunu doğruladı. Mekanizma iki basamaklıdır: \(\text{Cl}(g) + \text{O}_3(g) \rightarrow \text{ClO}(g) + \text{O}_2(g)\) ve \(\text{ClO}(g) + \text{O}(g) \rightarrow \text{Cl}(g) + \text{O}_2(g)\). Net tepkime \(\text{O}_3(g) + \text{O}(g) \rightarrow 2\text{O}_2(g)\)'dir; klor atomu bir basamakta harcanıp diğerinde geri kazanıldığı için katalizör, ClO ise ara üründür. Klor tükenmediği için tek bir klor atomu etkisiz bir bileşiğe bağlanana kadar binlerce ozon molekülünü parçalayabilir. Bu yüzden atmosfere salınan küçük miktarlar bile büyük etki yaratır. 1987'de imzalanan Montreal Protokolü ile CFC üretimi aşamalı olarak yasaklandı ve ozon tabakası yavaş yavaş iyileşmeye başladı. Aynı konunun mutfaktaki karşılığı daha sıradandır: düdüklü tencere suyun kaynama sıcaklığını yükselterek pişirme tepkimelerini hızlandırır, buzdolabı ise sıcaklığı düşürerek bozulmayı yavaşlatır.
Konu testi
27 soru. Bir seçeneğe dokun; doğru cevap ve çözüm hemen açılır.
Çarpışma teorisine göre
- I.Tanecikler arasındaki her çarpışma ürün oluşturur.
- II.Etkin bir çarpışmada tanecikler uygun geometride ve en az eşik enerjisine eşit bir enerjiyle çarpışır.
- III.Aktifleşmiş kompleks yüksek enerjili ve kısa ömürlü bir atom düzenidir.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
I: Çarpışmaların yalnızca uygun geometride ve yeterli enerjiyle olanları ürün verir; yanlış. II: Etkin çarpışmanın iki koşulu budur; doğru. III: Aktifleşmiş kompleks potansiyel enerji diyagramının tepesindeki kararsız düzendir; doğru.
\(\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightarrow 2\text{NH}_3(g)\) tepkimesinde belirli bir zaman aralığında \(\text{H}_2\)'nin ortalama harcanma hızı 0,06 M/s'dir. Aynı aralıkta \(\text{NH}_3\)'ün ortalama oluşma hızı kaç M/s'dir?
Harcanma ve oluşma hızlarının oranı katsayıların oranıdır: \(\frac{r_{\text{NH}_3}}{r_{\text{H}_2}} = \frac{2}{3}\). \(r_{\text{NH}_3} = 0{,}06 \cdot \frac{2}{3} = 0{,}04\) M/s. 0,09, oranı ters kurmaktan; 0,02 ise tepkime hızının kendisinden gelir.
Bir tepkimeye katalizör eklenmesiyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
Katalizör yalnızca aktifleşmiş kompleksin enerjisini düşürür; girenlerin ve ürünlerin enerjisi değişmediği için ΔH aynı kalır. Diğer ifadeler katalizörün tanımı ve sonuçlarıdır.
\(\text{Mg}(k) + 2\text{HCl}(suda) \rightarrow \text{MgCl}_2(suda) + \text{H}_2(g)\) tepkimesinde 2 dakikada 0,24 mol \(\text{H}_2\) gazı oluşuyor. Bu sürede HCl'nin ortalama harcanma hızı kaç mol/s'dir?
2 dakika 120 s'dir. HCl ile \(\text{H}_2\) 2 : 1 oranındadır; harcanan HCl 0,48 mol. Ortalama harcanma hızı \(\frac{0{,}48}{120} = 4 \cdot 10^{-3}\) mol/s. \(2 \cdot 10^{-3}\) hidrojenin oluşma hızıdır; \(2{,}4 \cdot 10^{-1}\) ise dakikayı saniyeye çevirmemekle bulunur.
\(2\text{X}(g) + \text{Y}(g) \rightarrow 2\text{Z}(g)\) tepkimesi tek basamakta yürüyor. Tepkimenin hız denklemi ve tepkime derecesi aşağıdakilerin hangisinde doğru verilmiştir?
Tek basamaklı tepkimede üsler girenlerin katsayılarıdır: \(r = k[\text{X}]^2[\text{Y}]\). Tepkime derecesi üslerin toplamıdır: \(2 + 1 = 3\). Ürünlerin derişimi hız denklemine yazılmaz.
Oda koşullarında gerçekleştirilen aşağıdaki tepkimelerden hangisi en hızlıdır?
Zıt yüklü iyonlar arasındaki çökelme tepkimesinde bağ kırılması gerekmez; çözeltiler karıştırıldığı anda çökelek oluşur. Diğerlerinde güçlü kovalent bağlar kırılmalıdır. Metan ve karbon oda sıcaklığında kıvılcım ya da alev olmadan yanmaz, demir aylar içinde paslanır, amonyak sentezi oda sıcaklığında katalizörsüz neredeyse yürümez.
Gaz fazında tek basamakta yürüyen bir tepkimede aşağıdaki değişikliklerden hangisi tepkime hızını artırır ama hız sabitini değiştirmez?
Hacim küçülünce girenlerin derişimi artar ve hız artar; \(k\) yalnızca sıcaklığa ve katalizöre bağlı olduğu için değişmez. Sıcaklık artışı ve katalizör \(k\)'yi büyütür; sıcaklığı düşürmek hızı azaltır. Sabit hacimde soy gaz eklemek derişimleri değiştirmez, hız aynı kalır.
Bir tepkimenin katalizörsüz (sürekli çizgi) ve katalizörlü (kesik çizgi) potansiyel enerji diyagramı şekilde verilmiştir.
Buna göre katalizörlü tepkimenin geri aktifleşme enerjisi kaç kJ'dir?
Katalizörlü yolun tepesi 90 kJ, ürünlerin enerjisi 60 kJ'dir: \(E_a(\text{geri}) = 90 - 60 = 30\) kJ. 70 kJ katalizörlü ileri aktifleşme enerjisi, 80 kJ katalizörsüz geri aktifleşme enerjisi, 40 kJ ise ΔH'dir.
\(2\text{X}(g) + \text{Y}(g) \rightarrow \text{Z}(g)\) tepkimesi için aynı sıcaklıkta yapılan deneylerin sonuçları şöyledir:
| Deney | \([\text{X}]\) (M) | \([\text{Y}]\) (M) | Başlangıç hızı (M/s) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,1 | 0,1 | \(1 \cdot 10^{-3}\) |
| 2 | 0,2 | 0,1 | \(4 \cdot 10^{-3}\) |
| 3 | 0,2 | 0,2 | \(4 \cdot 10^{-3}\) |
Buna göre tepkimenin hız denklemi aşağıdakilerden hangisidir?
- ve 2. deneyler: X iki katı, hız dört katı; X'e göre derece 2.
- ve 3. deneyler: Y iki katı, hız değişmiyor; Y'ye göre derece 0. Hız denklemi \(r = k[\text{X}]^2\); katsayılardan yazılan \(k[\text{X}]^2[\text{Y}]\) yanlıştır.
\(\text{X}(g) + \text{Y}(g) \rightarrow \text{Z}(g)\) tepkimesi için aynı sıcaklıkta yapılan deneylerin sonuçları şöyledir:
| Deney | \([\text{X}]\) (M) | \([\text{Y}]\) (M) | Başlangıç hızı (M/s) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,2 | 0,1 | \(4 \cdot 10^{-4}\) |
| 2 | 0,4 | 0,1 | \(8 \cdot 10^{-4}\) |
| 3 | 0,4 | 0,3 | \(7{,}2 \cdot 10^{-3}\) |
Buna göre bu sıcaklıkta tepkimenin hız sabiti (\(\text{M}^{-2} \cdot \text{s}^{-1}\) cinsinden) kaçtır?
- ve 2. deneyler: X iki katı, hız iki katı; \(x = 1\). 2. ve 3. deneyler: Y üç katı, hız dokuz katı; \(y = 2\).
- \(k = \frac{4 \cdot 10^{-4}}{0{,}2 \cdot 0{,}1^2} = 0{,}2\). Y'nin karesini almayı unutmak 0,02 verir.
\(\text{NO}_2(g) + \text{CO}(g) \rightarrow \text{NO}(g) + \text{CO}_2(g)\) tepkimesinin düşük sıcaklıktaki mekanizması şöyledir:
- \(\text{NO}_2(g) + \text{NO}_2(g) \rightarrow \text{NO}_3(g) + \text{NO}(g)\) (yavaş)
- \(\text{NO}_3(g) + \text{CO}(g) \rightarrow \text{NO}_2(g) + \text{CO}_2(g)\) (hızlı)
Buna göre
- I.Basamakların toplamı net denklemi verir.
- II.\(\text{NO}_3\) ara üründür.
- III.Tepkimenin hız denklemi \(r = k[\text{NO}_2][\text{CO}]\)'dur.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
I: Toplamda \(\text{NO}_3\) ve bir \(\text{NO}_2\) sadeleşir, \(\text{NO}_2 + \text{CO} \rightarrow \text{NO} + \text{CO}_2\) kalır; doğru. II: \(\text{NO}_3\) önce oluşup sonra harcanır; doğru. III: Hızı yavaş basamak belirler, \(r = k[\text{NO}_2]^2\); yanlış.
Aynı gaz örneğinin \(T_1\) ve \(T_2\) sıcaklıklarındaki kinetik enerji dağılım eğrileri ve tepkimenin eşik enerjisi (\(E_a\)) şekilde verilmiştir.
Buna göre
- I.\(T_2\) sıcaklığı \(T_1\)'den büyüktür.
- II.İki eğrinin altında kalan toplam alanlar eşittir.
- III.Ortama katalizör eklenirse eşik enerjisini gösteren çizgi sola kayar.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
I: \(T_2\) eğrisi daha yayvan ve tepesi daha büyük enerjidedir; yüksek sıcaklığa aittir. Doğru. II: Alan tanecik sayısını gösterir; aynı örnek olduğu için eşittir. Doğru. III: Katalizör aktifleşme enerjisini düşürür, eşik daha küçük enerjiye kayar; doğru.
Tepkime hızını ölçme yöntemleriyle ilgili
- I.\(\text{CaCO}_3(k) + 2\text{HCl}(suda) \rightarrow \text{CaCl}_2(suda) + \text{H}_2\text{O}(s) + \text{CO}_2(g)\) tepkimesi açık kapta yürütülürse hız, kütle azalmasıyla izlenebilir.
- II.\(\text{H}_2(g) + \text{I}_2(g) \rightarrow 2\text{HI}(g)\) tepkimesinin hızı, sabit hacim ve sıcaklıkta toplam basınç değişimiyle izlenebilir.
- III.\(\text{Zn}(k) + \text{Cu}^{2+}(suda) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(suda) + \text{Cu}(k)\) tepkimesinin hızı, çözeltinin mavi renginin açılmasıyla izlenebilir.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
I: Kaçan \(\text{CO}_2\) kadar kütle azalır; doğru. II: 2 mol gazdan 2 mol gaz oluşur, toplam basınç değişmez; yanlış. III: \(\text{Cu}^{2+}\) iyonları çözeltiye mavi renk verir, harcandıkça renk açılır; doğru.
Bir kapta \(2\text{X}(g) \rightarrow \text{Y}(g)\) tepkimesi yürüyor. X ve Y'nin derişimlerinin zamanla değişimi grafikte verilmiştir.
Buna göre 10. ve 20. saniyeler arasında X'in ortalama harcanma hızı kaç M/s'dir?
- saniyede \([\text{X}] = 0{,}5\) M, 20. saniyede 0,25 M; azalma 0,25 M.
- Ortalama harcanma hızı \(\frac{0{,}25}{10} = 0{,}025\) M/s. 0,0125 aynı aralıkta Y'nin oluşma hızı, 0,05 ise ilk 10 saniyedeki harcanma hızıdır.
Bir tepkimenin ileri aktifleşme enerjisi 80 kJ, geri aktifleşme enerjisi 50 kJ'dir. Ortama eklenen bir katalizör ileri aktifleşme enerjisini 60 kJ'e düşürüyor.
Buna göre
- I.Tepkime endotermiktir.
- II.Katalizörlü tepkimenin geri aktifleşme enerjisi 30 kJ'dir.
- III.Katalizör tepkimenin ΔH değerini 20 kJ azaltır.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
\(\Delta H = 80 - 50 = +30\) kJ; tepkime endotermiktir, I doğru. Katalizör iki aktifleşme enerjisini de 20 kJ azaltır: \(E_a(\text{geri}) = 50 - 20 = 30\) kJ, II doğru. ΔH değişmez, III yanlış.
\(\text{X}(g) + 2\text{Y}(g) \rightarrow \text{Z}(g)\) tepkimesinin hız denklemi \(r = k[\text{X}][\text{Y}]^2\)'dir. Hız M/s, derişimler M cinsinden olduğuna göre hız sabitinin birimi nedir?
Tepkime derecesi \(1 + 2 = 3\)'tür. \(k = \frac{r}{[\text{X}][\text{Y}]^2}\) olduğundan birim \(\frac{\text{M} \cdot \text{s}^{-1}}{\text{M}^3} = \text{M}^{-2} \cdot \text{s}^{-1}\).
Kimyasal tepkimelerin hızıyla ilgili
- I.Bir tepkimenin derecesi, denkleştirilmiş denklemdeki katsayılardan her zaman bulunabilir.
- II.Hız sabiti sıcaklığa bağlıdır.
- III.Saf katıların ve saf sıvıların derişimi hız denklemine yazılmaz.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
I: Üsler yalnızca tek basamaklı tepkimelerde katsayılara eşittir; çok basamaklı tepkimede deneyle bulunur. Yanlış. II: Sıcaklık artınca \(k\) büyür; doğru. III: Bunların derişimi sabit kabul edilir; doğru.
Günlük hayattaki aşağıdaki durumların hangisinde tepkime hızını etkileyen faktör yanlış verilmiştir?
Düdüklü tencerede basınç arttığı için suyun kaynama sıcaklığı yükselir; pişme tepkimelerini hızlandıran etken sıcaklıktır, ortamda katalizör yoktur. Diğer eşleştirmeler doğrudur: toz hâlindeki kömürün yüzeyi büyüktür, buzdolabı sıcaklığı düşürür, dönüştürücüdeki metaller katalizördür, saf oksijende oksijen derişimi havadakinin yaklaşık beş katıdır.
25 °C'de aşırı miktarda 1 M HCl çözeltisiyle aşağıdaki deneyler yapılıyor ve oluşan \(\text{CO}_2\) gazı toplanıyor.
- I.10 g parça \(\text{CaCO}_3\)
- II.10 g toz \(\text{CaCO}_3\)
- III.5 g toz \(\text{CaCO}_3\)
Toplanan gaz hacminin zamanla değişimi K, L ve M eğrileriyle gösterilmiştir.
Buna göre deneyler ile eğrilerin eşleştirilmesi aşağıdakilerden hangisidir?
Asit aşırı olduğu için toplanan son hacim \(\text{CaCO}_3\) kütlesiyle orantılıdır: 10 g'lık deneyler V, 5 g'lık deney V/2 hacme ulaşır. III, M eğrisidir. K ve L aynı son hacme ulaşır; başlangıç eğimi büyük olan K, yüzeyi büyük olan tozdur (II). Parça \(\text{CaCO}_3\) (I) daha yavaş yükselen L eğrisidir.
\(2\text{X}(g) + \text{Y}(g) \rightarrow \text{Z}(g)\) tepkimesi tek basamakta yürüyor. Sabit sıcaklıkta kaba bir miktar daha Y eklenerek Y'nin mol sayısı iki katına çıkarılıyor ve aynı anda kabın hacmi yarıya indiriliyor. Tepkimenin hızı ilk hızının kaç katı olur?
Hız denklemi \(r = k[\text{X}]^2[\text{Y}]\). Hacim yarıya inince \([\text{X}]\) iki katı olur. Y'nin mol sayısı iki katı, hacim yarı: \([\text{Y}]\) dört katı olur. Hız \(2^2 \cdot 4 = 16\) katı. Y'nin mol artışını unutmak 8, hacmi unutmak 2 verir.
Sabit hacimli kapalı bir kapta yalnızca X gazı varken sabit sıcaklıkta \(2\text{X}(g) \rightarrow \text{Y}(g)\) tepkimesi başlıyor. Kaptaki toplam basınç 100 saniyede 1,2 atm'den 0,9 atm'ye iniyor. Bu sürede X'in ortalama harcanma hızı kaç atm/s'dir?
Sabit hacim ve sıcaklıkta kısmi basınçlar mol sayılarıyla orantılıdır. X'in basıncı \(2p\) azalırsa Y'nin basıncı \(p\) artar; toplam \(1{,}2 - p = 0{,}9\), \(p = 0{,}3\) atm. X'in basıncındaki azalma \(2p = 0{,}6\) atm; ortalama harcanma hızı \(\frac{0{,}6}{100} = 6 \cdot 10^{-3}\) atm/s. Toplam basınçtaki düşüşü X'e ait sanmak \(3 \cdot 10^{-3}\) verir.
\(2\text{X}(g) + \text{Y}(g) \rightarrow \text{Z}(g)\) tepkimesi için aynı sıcaklıkta yapılan deneylerin sonuçları şöyledir:
| Deney | \([\text{X}]\) (M) | \([\text{Y}]\) (M) | Başlangıç hızı (M/s) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,1 | 0,2 | \(3 \cdot 10^{-4}\) |
| 2 | 0,2 | 0,2 | \(1{,}2 \cdot 10^{-3}\) |
| 3 | 0,3 | 0,4 | \(5{,}4 \cdot 10^{-3}\) |
| 4 | a | 0,8 | \(4{,}8 \cdot 10^{-3}\) |
Buna göre a kaçtır?
- ve 2. deneyler: X iki katı, hız dört katı; \(x = 2\). 1. ve 3. deneylerde X üç katına, Y iki katına çıkmış, hız 18 katına çıkmıştır: \(3^2 \cdot 2^y = 18\), \(y = 1\).
- \(k = \frac{3 \cdot 10^{-4}}{0{,}1^2 \cdot 0{,}2} = 0{,}15\). 4. deney: \(0{,}15 \cdot a^2 \cdot 0{,}8 = 4{,}8 \cdot 10^{-3}\), \(a^2 = 0{,}04\), \(a = 0{,}2\). Karekök almayı unutmak 0,04 verir.
Üç basamakta yürüyen bir tepkimenin potansiyel enerji diyagramı şekilde verilmiştir.
Buna göre
- I.Tepkimede iki ara ürün oluşur.
- II.Tepkimenin hızını birinci basamak belirler.
- III.Tepkimenin entalpi değişimi −30 kJ'dir.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
I: Üç tepe arasında iki çukur vardır; her çukur bir ara üründür. Doğru. II: Aktifleşme enerjileri birinci basamakta \(110 - 50 = 60\), ikincide \(140 - 40 = 100\), üçüncüde \(100 - 70 = 30\) kJ'dir; en yavaş basamak ikincisidir. Yanlış. III: \(\Delta H = 20 - 50 = -30\) kJ; doğru.
Stratosferde ozonun parçalanması klor atomlarının etkisiyle şu basamaklarla yürür:
- \(\text{Cl}(g) + \text{O}_3(g) \rightarrow \text{ClO}(g) + \text{O}_2(g)\)
- \(\text{ClO}(g) + \text{O}(g) \rightarrow \text{Cl}(g) + \text{O}_2(g)\)
Buna göre
- I.Net tepkime \(\text{O}_3(g) + \text{O}(g) \rightarrow 2\text{O}_2(g)\)'dir.
- II.Cl katalizör, ClO ara üründür.
- III.ClO, net tepkimenin ürünlerinden biridir.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
Basamaklar toplanınca Cl ve ClO sadeleşir: \(\text{O}_3 + \text{O} \rightarrow 2\text{O}_2\); I doğru. Cl önce harcanıp sonra yeniden oluşur (katalizör), ClO önce oluşup sonra harcanır (ara ürün); II doğru. Ara ürün net denklemde yer almaz; III yanlış.
Gaz fazındaki bir X + Y tepkimesinde sıcaklık sabitken X ve Y'nin derişimleri birlikte iki katına çıkarılınca hız 8 katına, yalnızca Y'nin derişimi iki katına çıkarılınca hız 2 katına çıkıyor. Aynı sıcaklıkta kaptaki X'in mol sayısı üç katına çıkarılıp kabın hacmi iki katına çıkarılırsa hız ilk hızının kaç katı olur?
\(2^{x+y} = 8\) ve \(2^y = 2\): \(y = 1\), \(x = 2\); \(r = k[\text{X}]^2[\text{Y}]\). X'in mol sayısı üç katı, hacim iki katı: \([\text{X}]\) \(\frac{3}{2}\) katı. Y'nin derişimi yarıya iner. Hız \(\left(\frac{3}{2}\right)^2 \cdot \frac{1}{2} = \frac{9}{8}\) katı. X'e göre dereceyi 1 almak \(\frac{3}{4}\) verir.
\(2\text{X}(g) + \text{Y}(g) \rightarrow 2\text{Z}(g)\) tepkimesinin hız denklemi \(r = k[\text{X}]^2[\text{Y}]\), hız sabiti \(2{,}5\ \text{M}^{-2} \cdot \text{s}^{-1}\)'dir. Belirli bir anda \([\text{X}] = 0{,}2\) M ve X'in harcanma hızı 0,04 M/s olduğuna göre bu anda \([\text{Y}]\) kaç M'dir?
X'in katsayısı 2 olduğundan tepkime hızı \(r = \frac{0{,}04}{2} = 0{,}02\) M/s'dir. \(0{,}02 = 2{,}5 \cdot 0{,}2^2 \cdot [\text{Y}]\), \([\text{Y}] = \frac{0{,}02}{0{,}1} = 0{,}2\) M. Harcanma hızını tepkime hızı sanmak 0,4 verir.
Katalizörsüz bir tepkimede ileri aktifleşme enerjisi geri aktifleşme enerjisinin iki katıdır ve tepkimenin entalpi değişimi ΔH = +50 kJ'dir. Ortama eklenen bir katalizör ileri aktifleşme enerjisini %30 azaltıyor. Katalizörlü tepkimenin geri aktifleşme enerjisi kaç kJ'dir?
\(E_a(\text{ileri}) = 2E_a(\text{geri})\) ve \(E_a(\text{ileri}) - E_a(\text{geri}) = 50\): \(E_a(\text{geri}) = 50\), \(E_a(\text{ileri}) = 100\) kJ. Katalizörlü ileri aktifleşme enerjisi \(100 \cdot 0{,}7 = 70\) kJ; ΔH değişmediği için geri aktifleşme enerjisi \(70 - 50 = 20\) kJ. Geri aktifleşme enerjisini de %30 azaltmak 35 kJ verir; katalizör iki yönde aynı miktarda (30 kJ) azaltır, aynı oranda değil.
İlerlemen bu tarayıcıda saklanıyor. Ücretsiz üye ol, her cihazda kaldığın yerden devam et.