KİMYASAL TEPKİMELERDE HIZ VE DENGE :
Derişim ve Hız
Reaksiyon hızı (r) birim zamanda madde miktarındaki değişmedir. Madde miktarı olarak gram, mol ve daha çok molar derişim alınır.
Kimyasal reaksiyonlarda tepkenlerin derişimindeki azalmayı ifade etmek üzere eksi (–), ürünlerin derişimindeki artışı ifade etmek için de artı (+) işareti kullanılır.
Hız birimi genellikle mol /L.s alınır
Derişim - Zaman Grafiği
H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) tepkimesinde,
H2(g) ve Cl2(g) derişimleri 2 mol/L’dir.
Başlangıç anında kapta HCl derişimi sıfırdır. Tepkime başladığında [H2(g)] ve [Cl2(g)] azalırken, [HCl] artmaktadır.
HCl derişiminin artış hızı, H2(g) ve Cl2(g) derişimlerinin azalış hızının iki katıdır. td anında HCl derişimi 2 mol/L, H2(g) ve Cl2(g) derişimleri ise 1 mol/L’dir.
Başlangıçta tepkime hızı en yüksekken reaksiyon ilerledikçe tepkime hızı azalmaktadır.
Anlık ve Ortalama Hız
Bir reaksiyona ait çizilen derişim - zaman grafiğinde herhangi bir zamandaki eğrinin eğimi anlık hızı verir.
Ortalama hız ise tepkimenin ilerlemesi sırasında herhangi iki zaman aralığı arasındaki hızdır.
B noktasındaki anlık hız(100. s'de):
(0,008 - 0)M/(225 - 0)s = 3,55*10-5M/s
C noktasındaki anlık hız(200. s'de):
(0,005 - 0)M/(325 - 0)s = 1,53*10-5M/s
100 - 200. saniyedeki ortalama hız:
(0,0064 - 0)M/(275 - 0)s = 2,32*10-5M/s
Başlangıç hızı bütün tepkimelerde en yüksektir. Zaman içerisinde anlık hız sürekli azalır. Tepkimenin başlangıcından sonuna kadar hesaplanan ortalama hız da başlangıç hızından küçük, anlık hızlardan ise büyük veya küçük olabilir.
Homojen fazlı tepkimeler, tepkimedeki bütün maddelerin aynı fazda olduğu tepkimelerdir. Tepken ve ürünlerden en az bir tanesinin farklı fazda olduğu tepkimelere de heterojen fazlı tepkimeler denir.
Tepkime hızları renk, basınç-hacim, iletkenlik, ısı, pH gibi niceliklerin değişimi ile ölçülebilir:
a) Renk değişimle
Cu(k)(Sarı) + O2(g) → CuO(k)(Kahverengi)
b) Basınç ya da hacim değişimle
2SO(g)+ O2(g) → 2SO3(g)
c) Elektriksel iletkenlik değişimle
NaCl(suda) + AgNO3(suda) → AgCl(k) + NaNO3(suda)
Tepkime Hız Bağıntısı ve Tepkime Derecesi
Tek Basamaklı Tepkimelerde Hız Bağıntısı
Hız denklemi yazılırken yalnızca girenler kısmındaki gazlar ve suda çözünmüş maddelerin derişimleri alınır. Saf katı ve sıvılar hız denklemine alınmaz.
k, hız sabitidir. k sabiti tepkimenin cinsine, sıcaklığa, katalizöre, ve katıların temas yüzeyine bağlıdır.
| Tepkime | Hız Bağıntıları |
| H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) | v = k[H2][Cl2] |
| PCl5(g) → PCl3(g) + Cl2(g) | v = k[PCl5] |
| F2(g) + 2ClO2(g) → 2FClO2(g) | v = k[F2][ClO2]2 |
| CaCO3(k) → CaO(k) + CO2(g) | v = k |
| CH3COOH(suda) + H2O(s) → CH3COO-(suda) + H3O+(suda) | v = k[CH3COOH] |
| N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) | v = k[N2][H2]3 |
| 2H2O2(suda) → 2H2O(s) + O2(g) | v = k[H2O2]2 |
Tek Basamaklı tepkimelerde hız bağıntıları
Hız denkleminde tepkimeye girenlerin derişimlerinin üstel toplamına tepkime derecesi (mertebesi) denir. İlk tepkime ikinci derecedendir. İkinci tepkime birinci derecedendir. Üçüncü tepkime üçüncü derecedendir.
Çok Basamaklı Tepkimelerde Hız Bağıntıları
Mekanizmalı (çok adımlı) tepkimelerde hız denklemi, mekanizmadaki en yavaş adımın girenlerine göre yazılır. Hızı belirleyen basamak en yavaş basamaktır.
1. Basamak: H2O2(suda) + I-(suda) → H2O(k) + IO-(suda) hızlı
2. Basamak: H2O2(suda) + IO-(suda) → H2O(s) + O2(g) + I-(suda) yavaş
Ana tepkime: 2H2O2(suda) → 2H2O(s) + O2(g)
Katalitöz: I-
Ara Ürün: IO-
Çarpışma Teorisi
Tepkimelerin, taneciklerin çarpışmasıyla gerçekleştiğini ifade eden teoriye çarpışma teorisi denir.
Çarpışmanın kimyasal reaksiyonla sonuçlanması için uygun doğrultu ve yönde (geometride) yeterli enerjiye sahip olması gerekir. Bu tür çarpışmaya etkin çarpışma denir.
Çarpışma sonunda ürün oluşmuyorsa bu çarpışma etkin olmayan çarpışmadır.
N2O(g) + NO(g) → N2(g) + NO2(g) tepkimesini inceleyecek olursak;
Aktifleşme Enerjisi
Bir kimyasal tepkimedeki taneciklerin çarpışarak ürüne dönüşebilmeleri için gerekli minimum enerjiye eşik enerjisi veya aktifleşme enerjisi denir.
Aktifleşme enerjisi ne kadar büyükse tepkime o kadar yavaş gerçekleşir.
ΔH = Eai - Eag
ΔH = H2 - H1
Grafiğin tepe noktasında kararsız olan aktifleşmiş kompleks maddesi oluşur. Şartlar uygun olursa aktiktifleşmiş kompleks ürüne dönüşür.
Bir tepkimenin gerçekleşmesi için;
