Kimyasal Tepkimelerde Hız Ders Notu

Tepkimenin Gerçekleşme Şartları

Kimyasal tepkime için tepken taneciklerinin çarpışması gerekir. Her çarpışma ürün oluşturmaz.

Etkin çarpışma için:

• uygun geometri,
• yeterli kinetik enerji

gerekir.

Etkin çarpışma için gereken minimum toplam kinetik enerji eşik değeri olarak adlandırılır. Tepkimenin gerçekleşebilmesi için aşılması gereken enerji engeli aktivasyon enerjisidir.

Endotermik ve ekzotermik tepkimelerin başlaması için aktivasyon enerjisi gerekir.

İleri ve Geri Aktivasyon Enerjisi

İleri aktivasyon enerjisi: Eai

Geri aktivasyon enerjisi: Eag

Tepkime entalpisi:

ΔH = Eai − Eag

Endotermik: Eai > Eag ΔH > 0

Ekzotermik: Eai < Eag ΔH < 0

Tepkime Hızı

Tepkime hızı birim zamanda madde miktarındaki değişimdir.

Derişim üzerinden:

r = −Δc(tepken)/Δt

r = +Δc(ürün)/Δt

Tepken derişimi azaldığı için işareti negatiftir; hız pozitif gösterildiğinden formülde eksi kullanılır.

Derişime göre hız birimi M/s'dir.

Stokiyometrik Hız İlişkisi

aA + bB → cC + dD için:

r = −(1/a)Δc(A)/Δt = −(1/b)Δc(B)/Δt = +(1/c)Δc(C)/Δt = +(1/d)Δc(D)/Δt

Ortalama Hız

Belirli bir zaman aralığındaki madde miktarı değişimine ortalama hız denir.

H₂O₂ örneğinde:

200-400 s: 0,0015 M/s

400-600 s: 0,0010 M/s

Bu değerler tepkime hızının zamanla azalabildiğini gösterir.

Hızın Zamanla Değişimi

Gaz ve çözeltideki tepkenler harcandıkça derişimleri azalır.

Derişim azalır:

• çarpışma olasılığı azalır,
• etkin çarpışma azalır,
• hız azalır.

Bu tepkimelerde hız başlangıçta genellikle en yüksektir.

Tepkime Hızına Etki Eden Faktörler

Madde Cinsi

Bağların türü, sayısı ve çarpışması gereken tanecik sayısı hızı etkiler.

Zıt yüklü iyonlar arasındaki nötralleşme ve çökelme tepkimeleri genellikle hızlıdır.

Fiziksel Hâl

Gaz tanecikleri daha hareketli olduğundan gaz fazındaki tepkimeler genel olarak daha hızlı olabilir.

Derişim

Derişim artarsa birim hacimde tanecik sayısı ve çarpışma olasılığı artar.

Derişim artışı aktivasyon enerjisini değiştirmez.

Gazlarda hacim azalması derişimi ve hızı artırabilir.

Sıcaklık

Sıcaklık artarsa taneciklerin kinetik enerjisi ve eşik değerini aşan tanecik sayısı artar.

Sıcaklık aktivasyon enerjisini ve tepkime yolunu değiştirmez.

Katalizör

Katalizör:

• farklı bir tepkime yolu sağlar,
• aktivasyon enerjisini düşürür,
• hızı artırır,
• tepkime sonunda değişmeden çıkar,
• ΔH'yi değiştirmez,
• tepken ve ürün enerjilerini değiştirmez,
• ürün türünü ve toplam miktarını değiştirmez.

İnhibitör tepkimeyi yavaşlatır.

Homojen katalizörde katalizör ve tepkenler aynı fazdadır; heterojen katalizörde farklı fazdadır.

Temas Yüzeyi

Katı tepkenin yüzey alanı arttıkça çarpışmaya açık bölge artar ve tepkime hızlanır.

Toz katı, aynı kütledeki parça katıdan daha hızlı tepkime verebilir.

Hız Denklemi

Tepkime hızı ile tepken derişimleri arasındaki bağıntıya hız denklemi denir.

Hız sabiti k ile gösterilir.

Tek basamaklı:

aA + bB → ürünler

için kitap kapsamında:

r = kc(A)^ac(B)^b

Saf katı ve saf sıvılar hız denklemine yazılmaz.

Tepkime Derecesi

Hız denklemindeki üslerin toplamıdır.

r = kc(A)^2c(B)

ise toplam derece 3'tür.

Deney Verilerinden Hız Denklemi

CO + Cl₂ → COCl₂ için:

r = kc(CO)c(Cl₂)

toplam derece 2'dir.

2NO + 2H₂ → N₂ + 2H₂O için deneysel olarak:

r = kc(NO)^2c(H₂)

toplam derece 3'tür.

Hız Sabiti Birimi

1. derece → M/s

1. derece → 1/s

1. derece → 1/(s·M)

n. derece → 1/(s·M^(n−1))

Çok Basamaklı Tepkimeler

Birden fazla ara basamakla gerçekleşen tepkimelerde hızı en yavaş basamak belirler.

Hız denklemi net tepkimeye göre değil yavaş basamağa göre yazılır.

Enerji diyagramında aktivasyon enerjisi büyük basamak daha yavaştır.

Kısa Özet

Tepkime hızı etkin çarpışmalarla belirlenir. Tepkimenin gerçekleşmesi için yeterli enerji ve uygun geometri gerekir. Hız; madde cinsi, fiziksel hâl, derişim, sıcaklık, katalizör ve yüzey alanından etkilenir. Hız denklemi deneysel verilerden çıkarılır; çok basamaklı tepkimelerde yavaş basamak hızı belirler.