Kimya I · 11. Ünite: Kimyasal Kinetik ve Denge
Tepkime Hızı ve Hız Yasaları
Termodinamik bir tepkimenin istemli olup olmadığını söyler, kinetik (kinetics) ise ne kadar çabuk gerçekleşeceğini. Elmasın grafite dönüşmesi istemlidir ama elmas bir ömür boyu elmas kalır; yani hız ayrı bir sorudur. Bu konuda tepkime hızını stokiyometriyle ilişkilendirecek, hız yasasını ve mertebeleri deneysel verilerden belirleyecek, birinci, ikinci ve sıfırıncı mertebe entegre hız yasalarını türetip yarı ömürle yorumlayacaksın. Sonunda bir derişim–zaman tablosundan tepkimenin mertebesini ve hız sabitini bulabilecek, bir hız ölçümünü derişimler ve zaman cinsinden tahmin edebileceksin.
Öğrenme hedefleri
- Tepkime hızını $-\frac{1}{a}\frac{d[\text{A}]}{dt}$ biçiminde stokiyometrik katsayılarla ilişkilendirir ve türlerin hızlarını birbirinden hesaplar.
- Ortalama hız ile ani hızı ayırt eder; ani hızı derişim–zaman eğrisinin teğet eğimi olarak yorumlar.
- Başlangıç hızları yöntemiyle $m$ ve $n$ mertebelerini ve $k$ hız sabitini (birimiyle) belirler.
- Sıfırıncı, birinci ve ikinci mertebe entegre hız yasalarını diferansiyel hız yasasından türetir.
- Her mertebe için yarı ömür ifadesini çıkarır; yarı ömrün derişime bağlı olup olmadığına göre mertebeyi yorumlar.
- Derişim–zaman verisinden $[\text{A}]$, $\ln[\text{A}]$ ve $1/[\text{A}]$ grafiklerinin doğrusallığına bakarak mertebeyi ve $k$ değerini bulur.
Konu anlatımı
1. Bağlam: Hız Neden Ayrı Bir Sorudur?
2. Tepkime Hızının Tanımı ve Stokiyometri
3. Hız Yasası, Mertebe ve Hız Sabiti
4. Başlangıç Hızları Yöntemi
5. Entegre Hız Yasaları: Türetme
6. Karşılaştırma Tablosu ve Grafik Yorumu
7. Çözümlü Örnekler (Entegre Hız Yasası)
8. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Tepkime hızı (reaction rate)
- Birim zamandaki derişim değişimi; stokiyometrik katsayıyla bölünmüş ve pozitif tanımlanmış büyüklük, birimi $\text{M/s}$.
- Hız yasası (rate law)
- Hızı derişimlere bağlayan deneysel bağıntı, $\text{hız} = k[A]^m[B]^n$; denklem katsayılarından okunmaz.
- Mertebe (reaction order)
- Hız yasasındaki üs; $m$ ve $n$ kısmi, $m+n$ toplam mertebedir.
- Hız sabiti (rate constant)
- Verilen sıcaklıkta sabit orantı katsayısı $k$; birimi $\text{M}^{1-N}\text{s}^{-1}$.
- Başlangıç hızı
- $t=0$ anındaki ani hız; mertebeleri bulmak için derişimleri tek tek değiştirerek ölçülür.
- Entegre hız yasası
- Hız yasasının zamana göre integre edilmiş hâli; $[A]$'nın $t$ ile değişimini verir.
- Yarı ömür (half-life)
- Derişimin başlangıçtakinin yarısına inmesi için geçen süre; 1. mertebede $\ln 2/k$ ve derişimden bağımsızdır.
- Sözde birinci mertebe
- Bir girenin büyük fazlası sayesinde fiilen sabit kalan derişimin $k$ içine katıldığı yaklaşıklık.
Örnek soru
$2\text{N}_2\text{O}_5 \rightarrow 4\text{NO}_2 + \text{O}_2$ tepkimesinde $\text{N}_2\text{O}_5$ derişimi $3{,}0\times10^{-4}\,\text{M/s}$ hızla azalmaktadır. $\text{O}_2$ hangi hızla oluşur?
- 3,0 × 10⁻⁴ M/s
- 6,0 × 10⁻⁴ M/s
- 1,5 × 10⁻⁴ M/s
- 7,5 × 10⁻⁵ M/s
- 1,2 × 10⁻³ M/s
Doğru cevap: C
Çözüm
1. Tepkime hızı: $\text{hız} = -\frac{1}{2}\frac{d[\text{N}_2\text{O}_5]}{dt} = \frac{1}{2}(3{,}0\times10^{-4}) = 1{,}5\times10^{-4}\,\text{M/s}$.
2. $\text{O}_2$'nin katsayısı 1 olduğundan $\frac{d[\text{O}_2]}{dt} = 1\times\text{hız} = 1{,}5\times10^{-4}\,\text{M/s}$.
Cevap: $1{,}5\times10^{-4}$ M/s. Çeldirici: $3{,}0\times10^{-4}$ katsayıyı hiç dikkate almamaktır; $6{,}0\times10^{-4}$ ise $\text{NO}_2$'nin oluşum hızıdır (katsayı 4).