10. Sınıf Kimyasal Tepkimeler ve Hesaplamalar — Konu Anlatımı

Kül Neden Daha Ağır?

Laboratuvarda 2,4 g'lık bir magnezyum şeridi maşayla tutulup yakılıyor. Göz alıcı beyaz bir ışık, ardından geride beyaz bir toz kalıyor. Toz tartılınca 4,0 g çıkıyor. Yanan bir şeyin ağırlaşması şaşırtıcı değil mi? Odun yanınca geride hafif bir kül kalıyordu.

Çözüm, havayı da hesaba katmaktır. Magnezyum havadaki oksijenle birleşti:

$\mathrm{2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO}$

2,4 g magnezyum $\dfrac{2{,}4}{24} = 0{,}1$ mol'dür. Denkleme göre 0,1 mol $\mathrm{MgO}$ oluşur: $0{,}1 \times 40 = 4{,}0$ g. Aradaki $4{,}0 - 2{,}4 = 1{,}6$ g, havadan gelen oksijendir (0,05 mol $\mathrm{O_2}$). Odunda ise tersi olur: ürünlerin çoğu ($\mathrm{CO_2}$ ve su buharı) gaz olup uçar. İki durumda da kapalı bir kapta tartılsaydı toplam kütle değişmezdi.

Bu, Lavoisier'in 18. yüzyılda kapalı kaplarla gösterdiği kütlenin korunumu yasasıdır: kimyasal tepkimede atomlar yok olmaz, yoktan var olmaz; yalnız yeniden düzenlenir. Kapalı bir kapta 12 g karbon 32 g oksijenle tam tepkimeye girerse kapta $12 + 32 = 44$ g $\mathrm{CO_2}$ bulunur.

Denkleştirme Adım Adım

Tüp gazdaki propanın yanmasını denkleştirelim: $\mathrm{C_3H_8 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O}$

1. En kalabalık molekülden başla. $\mathrm{C_3H_8}$'e 1 yaz.
2. Karbonu eşitle: solda 3 C var, $\mathrm{CO_2}$'nin önüne 3.
3. Hidrojeni eşitle: solda 8 H var, her su 2 H taşır; $\mathrm{H_2O}$'nun önüne 4.
4. Tek başına duran elementi en sona bırak: sağda $3 \times 2 + 4 \times 1 = 10$ O var; $\mathrm{O_2}$'nin önüne 5.

$\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$

Sağlama: C 3 = 3, H 8 = 8, O 10 = 10.

Biraz daha zoru: alüminyumun oksitlenmesi. $\mathrm{Al + O_2 \rightarrow Al_2O_3}$ denkleminde oksijen solda çift, sağda tek (3) sayıda. İkisinin ortak katı 6: sağa 2 $\mathrm{Al_2O_3}$, sola 3 $\mathrm{O_2}$. Sağda artık 4 Al var, sola 4 Al:

$\mathrm{4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3}$

Denkleştirmede yalnız katsayılar değişir. Formüldeki alt indisi değiştirmek maddeyi değiştirir: $\mathrm{H_2O}$'yu $\mathrm{H_2O_2}$ yapmak, suyu hidrojen perokside çevirmek demektir.

Tepkime Türleri

Çökelme tepkimesinde asıl olan iyonlardır. Gümüş nitrat ve sodyum klorür çözeltileri karışınca $\mathrm{Ag^+}$ ile $\mathrm{Cl^-}$ iyonları suda çözünmeyen beyaz $\mathrm{AgCl}$ katısını oluşturur: $\mathrm{Ag^+(suda) + Cl^-(suda) \rightarrow AgCl(k)}$. $\mathrm{Na^+}$ ve $\mathrm{NO_3^-}$ iyonları çözeltide değişmeden kalır; bunlara seyirci iyon denir.

Önce Tükenen Kazanır: Sınırlayıcı Bileşen

Maddeler tepkimeye katsayıların belirlediği oranla girer. Hangisi önce tükenirse ürün miktarını o belirler; ona sınırlayıcı bileşen denir. Bulmak için her maddenin mol sayısı kendi katsayısına bölünür; en küçük sonucu veren sınırlayıcıdır.

Örnek 1: $\mathrm{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}$ tepkimesinde 6 mol $\mathrm{H_2}$ ve 2 mol $\mathrm{O_2}$ var. $\mathrm{H_2}$: $6/2 = 3$; $\mathrm{O_2}$: $2/1 = 2$. Oksijen sınırlayıcıdır. 2 mol $\mathrm{O_2}$, 4 mol $\mathrm{H_2}$ ile tepkimeye girip 4 mol su verir; 2 mol $\mathrm{H_2}$ artar.

Örnek 2 (tuzak): $\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3}$ tepkimesinde 3 mol $\mathrm{N_2}$ ve 6 mol $\mathrm{H_2}$ var. Az olan azot gibi görünüyor. Bölelim: $\mathrm{N_2}$ için $3/1 = 3$, $\mathrm{H_2}$ için $6/3 = 2$. Sınırlayıcı hidrojendir. 6 mol $\mathrm{H_2}$, 2 mol $\mathrm{N_2}$ harcar ve $2 \times 2 = 4$ mol $\mathrm{NH_3}$ oluşturur; 1 mol $\mathrm{N_2}$ artar.

Öğrencilerin en çok karıştırdığı yer burasıdır: sınırlayıcı bileşen "miktarı az olan" değil, katsayısına göre önce tükenendir.

Tepkimenin Tepesi: Aktifleşme ve Katalizör

Kâğıt havayla sürekli temas ettiği hâlde kendiliğinden yanmaz; bir kibrit gerekir. Çünkü tepkimenin başlaması için tanecikler belirli bir enerji eşiğini aşmalıdır. Enerji grafiğinde girenlerden ürünlere giden yolun tepesinde, bağların yarı kırılıp yarı kurulduğu kararsız bir ara yapı vardır: aktifleşmiş kompleks. Girenlerle bu tepe arasındaki farka aktifleşme enerjisi denir.

Katalizör bu tepeyi alçaltan başka bir yol açar. Hidrojen peroksit kendiliğinden yavaş ayrışır; içine toz manganez dioksit ($\mathrm{MnO_2}$) atılınca köpürerek oksijen verir:

$\mathrm{2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2}$

Tepkime bitince $\mathrm{MnO_2}$ kütlesi değişmemiş olarak geri alınır. Katalizör tepkimeye katılır ama sonunda yeniden oluştuğu için harcanmaz; oluşan ürün miktarını değil, oluşma hızını değiştirir.

Mini soru: Ürün miktarı-zaman grafiğinde eğri başta dik, sonra giderek yatıklaşıyorsa hız nasıl değişiyordur? Azalıyordur. Girenler tükendikçe çarpışma sayısı düşer; eğri yataylaştığında tepkime tamamlanmıştır.

Sık Yapılan Hata

1. Alt indisle denkleştirmek. Yalnız katsayı değişir.

2. Açık kapta kütlenin korunmadığını sanmak. Kütle her zaman korunur; açık kapta gaz ürün kaçtığı ya da havadan gaz girdiği için terazi farklı gösterir.

3. Katalizörün ürün miktarını artırdığını sanmak. Yalnız hızı artırır.

Sınav ipucu: TYT'de denkleştirme sorusu gelirse seçenekleri tek tek denemek yerine O ve H'yi sona bırakan sırayla gidin; çoğu soru 30 saniyede biter. Atom sayısı tablosu verilmişse, her satırda iki yan eşitse tepkime denktir.

Sık sorulanlar