Kimyasal (Stokiyometrik) Hesaplamalar Konu Anlatımı

Kimyasal (Stokiyometrik) Hesaplamalar

Kimyasal tepkime denklemleri denkleştirildikten sonra yalnızca hangi maddelerin tepkimeye girdiğini ve hangi maddelerin oluştuğunu göstermez. Denklemin önündeki katsayılar, tepkenler ve ürünler arasında nicel ilişkiler kurulmasını da sağlar. Bu ilişkiler kullanılarak bir maddenin molü, kütlesi veya tanecik sayısından başka bir maddenin molü, kütlesi ya da tanecik sayısı hesaplanabilir.

Kitap bu düşünceyi lokumlu bisküvi örneğiyle açıklar. Bir lokumlu bisküvi için iki bisküvi ve bir lokum kullanılıyorsa hazırlanan miktar arttıkça kullanılan malzemelerin sayısı artar fakat 2:1 oranı değişmez. Kimyasal tepkimelerde de benzer biçimde denkleştirilmiş denklemdeki katsayılar arasındaki oran sabittir.

Stokiyometri

Bir kimyasal tepkimede yer alan element veya bileşiklerin niceliklerinin hesaplanmasına stokiyometri denir.

Genel olarak:

**aA + bB → cC + dD**

tepkimesinde mol oranı:

**a : b : c : d**

şeklindedir.

Örneğin:

**N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)**

denkleminde 1 mol N₂, 3 mol H₂ ile tepkimeye girer ve 2 mol NH₃ oluşur.

Hesaplamanın Temel Akışı

Stokiyometrik hesaplarda temel yol:

**verilen miktar → mol → katsayı oranı → istenen maddenin molü → istenen birim**

Kütle ile mol arasında:

**n = m / Mₐ**

Tanecik sayısı ile mol arasında:

**N = n × Nₐ**

ve

**Nₐ = 6,02 × 10²³**

bağıntıları kullanılır.

Çelik Üretiminde Stokiyometrik İlişki

Kitaptaki denklem:

**Fe₂O₃(k) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO₂(g)**

Mol oranı:

**1 : 3 : 2 : 3**

Mol kütleleri:

• Fe₂O₃ = 160 g/mol
• CO = 28 g/mol
• Fe = 56 g/mol
• CO₂ = 44 g/mol

Bu nedenle:

**160 g Fe₂O₃ + 84 g CO → 112 g Fe + 132 g CO₂**

olur.

Tepkenlerin toplam kütlesi: 160 + 84 = 244 g

Ürünlerin toplam kütlesi: 112 + 132 = 244 g

Böylece kütlenin korunumu da sağlanır.

Tanecik Sayısı Hesabı

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ denkleminde 1 mol Fe elde etmek için 1,5 mol CO gerekir.

CO molekül sayısı:

1,5 × 6,02 × 10²³ = **9,03 × 10²³ molekül**

Alüminyum ve Baryum Oksit

**2Al(s) + 3BaO(k) → Al₂O₃(k) + 3Ba(s)**

2 mol Al₂O₃ elde edilirse:

• 4 mol Al harcanır.
• 6 mol BaO kullanılır.
• 6 mol Ba oluşur.

Al kütlesi:

4 × 27 = **108 g**

Ba atom sayısı:

6 × 6,02 × 10²³ = **36,12 × 10²³ atom**

Artansız ve Artanlı Tepkimeler

Tepkenlerin tamamının tamamen bittiği tepkimelere artansız tepkime denir.

Bir tepken tamamen tükenirken diğer tepkenin bir kısmı artarsa tepkime artanlıdır. Artanlı tepkimelerde önce tükenen maddeye **sınırlayıcı bileşen** denir.

Zn ve HCl Örneği

**Zn(k) + 2HCl(suda) → ZnCl₂(suda) + H₂(g)**

Başlangıç:

• 260 g Zn = 4 mol
• 144 g HCl = 4 mol

Denkleme göre 1 mol Zn için 2 mol HCl gerekir. 4 mol HCl, yalnız 2 mol Zn ile tepkimeye girebilir.

Bu nedenle:

• HCl tamamen biter.
• HCl sınırlayıcı bileşendir.
• 2 mol Zn artar.

Artan Zn:

2 × 65 = **130 g**

Teorik Verim, Gerçek Verim ve Yüzde Verim

Bazı tepkimelerde hesaplanan ürün miktarının tamamı elde edilemeyebilir.

**Teorik verim:** Sınırlayıcı bileşenin tamamen kullanılması hâlinde oluşması beklenen ürün miktarıdır.

**Gerçek verim:** Tepkimede gerçekten elde edilen ürün miktarıdır.

**Yüzde verim = (Gerçek verim / Teorik verim) × 100**

Sönmüş Kireç Örneği

**CaCO₃(k) + ısı → CaO(k) + CO₂(g)**

**CaO(k) + H₂O(s) → Ca(OH)₂(k)**

1 mol CaCO₃'ten 1 mol Ca(OH)₂ elde edilir.

200 g CaCO₃:

200 / 100 = **2 mol**

Teorik Ca(OH)₂:

2 × 74 = **148 g**

Gerçek Ca(OH)₂:

**88,8 g**

Yüzde verim:

88,8 / 148 × 100 = **%60**

Amonyak Yanması Örneği

**4NH₃(g) + 3O₂(g) → 2N₂(g) + 6H₂O(s)**

1 mol NH₃ ile 0,75 mol O₂ tepkimeye girerse teorik olarak 0,5 mol N₂ oluşur.

0,5 mol N₂:

0,5 × 28 = **14 g**

Gerçek N₂ 5,6 g ise:

5,6 / 14 × 100 = **%40**

Çalışma Yaprağı Örnekleri

Sakkaroz tepkimesi:

**2H₂SO₄ + C₁₂H₂₂O₁₁ → 12C + 13H₂O + 2SO₂ + O₂ + ısı**

0,5 mol O₂ oluşursa:

• 0,5 mol sakkaroz harcanır.
• 6,5 mol H₂O oluşur.
• H₂O kütlesi = 6,5 × 18 = **117 g**

Hidrojen sülfürün uzaklaştırılması:

**2H₂S + SO₂ → 3S + 2H₂O**

9,6 g S = 0,3 mol S olduğundan gerçekte 0,1 mol SO₂ tepkimeye girer.

0,2 mol SO₂'nin teorik oluşturabileceği S: 0,6 mol = 19,2 g

Gerçek S: 9,6 g

Yüzde verim: 9,6 / 19,2 × 100 = **%50**

Uzay Mekiği Yakıtı

**6NH₄ClO₄ + 10Al → 5Al₂O₃ + 3N₂ + 6HCl + 9H₂O**

675 g Al:

675 / 27 = **25 mol Al**

10 mol Al için 6 mol NH₄ClO₄ gerektiğinden: 25 mol Al için **15 mol NH₄ClO₄** gerekir.

NH₄ClO₄ mol kütlesi: 117 g/mol

Gerekli kütle: 15 × 117 = **1755 g**

Kararmış Gümüşün Temizlenmesi

**3Ag₂S + 2Al + 3H₂O → 6Ag + 3H₂S + Al₂O₃**

446,4 g Ag₂S:

446,4 / 248 = **1,8 mol**

1,8 mol Ag₂S:

• 3,6 mol Ag oluşturur.
• 1,8 mol H₂S oluşturur.
• 1,8 mol H₂O harcar.

Ag kütlesi: 3,6 × 108 = **388,8 g**

H₂O molekül sayısı: 1,8 × 6,02 × 10²³ = **1,0836 × 10²⁴**

Kalsiyum Karbürden Asetilen

**CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂**

0,4 mol CaC₂ ve 18 g su kullanılır.

18 g H₂O = 1 mol H₂O

0,4 mol CaC₂ için 0,8 mol H₂O yeterlidir. Bu nedenle CaC₂ sınırlayıcıdır.

Teorik C₂H₂: 0,4 mol × 26 g/mol = **10,4 g**

Gerçek C₂H₂: 5,2 g

Yüzde verim: 5,2 / 10,4 × 100 = **%50**

Magnezyum ve Nitrik Asit

**Mg + 2HNO₃ → Mg(NO₃)₂ + H₂**

Mg(NO₃)₂ mol kütlesi: 148 g/mol

111 g Mg(NO₃)₂: 111 / 148 = **0,75 mol**

Gerekli Mg: 0,75 × 24 = **18 g**

Gerekli HNO₃: 0,75 × 2 = **1,5 mol**

Silisyum Eldesi

**SiO₂ + 2C → Si + 2CO**

11,2 g Si:

11,2 / 28 = **0,4 mol Si**

SiO₂:Si oranı 1:1 olduğundan: **0,4 mol SiO₂** gerekir.

0,3 mol CO için: 0,3 mol C gerekir.

C atom sayısı: 0,3 × 6,02 × 10²³ = **1,806 × 10²³ atom**

Sık Karıştırılan Noktalar

• Denklem denkleştirilmeden mol oranı kurulmaz.
• Katsayılar doğrudan gram oranını değil mol oranını verir.
• Kütle sorularında önce mol sayısı bulunur.
• Tanecik sayısı sorularında mol ve Avogadro sayısı kullanılır.
• İki tepken verilmişse sınırlayıcı bileşen belirlenir.
• Artan madde başlangıç miktarından harcanan miktarın çıkarılmasıyla bulunur.
• Teorik verim ile gerçek verim aynı değildir.
• Yüzde verimde gerçek verim teorik verime bölünür.
• Sonuçlarda birimler mutlaka kontrol edilir.

Soru Çözerken Kullanılabilecek Yaklaşım

1. Tepkime denklemini kontrol et.
2. Verileni mole çevir.
3. Denklem katsayılarından mol oranı kur.
4. İstenen maddenin molünü hesapla.
5. İstenen birime geç.
6. İki tepken varsa sınırlayıcı bileşeni belirle.
7. Artan madde varsa başlangıçtan harcananı çıkar.
8. Verim sorusunda önce teorik ürünü bul.
9. Gerçek ve teorik verimi aynı birime getir.
10. Yüzde verim bağıntısını uygula.
11. Sonucun birimini kontrol et.
12. Kütlenin korunumu ve verilen koşullar açısından sonucu gözden geçir.

Konu Özeti

Stokiyometrik hesaplamalarda denkleştirilmiş denklem katsayıları mol oranlarını verir. Verilen kütle veya tanecik sayısı mole çevrilir, katsayı oranı kullanılır ve istenen niceliğe geçilir. Birden fazla tepken verildiğinde ürün miktarını sınırlayıcı bileşen belirler. Gerçek verimin teorik verime oranı yüzde verimi verir.

Konuyu Bitirdiğinde Bunları Yapabiliyor Olmalısın

• Tepkime katsayılarından mol oranı kurabilmelisin.
• Kütle, mol ve tanecik sayısı dönüşümlerini kullanabilmelisin.
• Bir tepken miktarından ürün miktarını hesaplayabilmelisin.
• Sınırlayıcı bileşeni belirleyebilmelisin.
• Artan madde miktarını bulabilmelisin.
• Teorik ve gerçek verimi ayırt edebilmelisin.
• Yüzde verim hesabı yapabilmelisin.