Konu anlatımı
Ekmeğin pişmesi, doğal gazın yanması, mideye giren asidin ilaçla etkisizleştirilmesi ve sert suyun çaydanlıkta kireç bırakması birer kimyasal tepkimedir. Kimyacılar tepkimeleri denklemlerle yazar; denkleştirilmiş bir denklem hangi maddelerin hangi oranlarda tepkimeye girdiğini ve ne kadar ürün oluşacağını gösterir.
Bu sayfada tepkime denklemlerini ve denkleştirmeyi, programdaki beş tepkime türünü (yanma, sentez, analiz, asit-baz, çözünme-çökelme), denkleştirilmiş denklem üzerinden mol, kütle ve gaz hacmi hesabını, mol değişiminden denklem bulmayı, sınırlayıcı bileşeni ve yüzde verimi göreceksin. Kütle, mol ve tanecik sayısı arasındaki dönüşümler Mol Kavramı konusunda işlendi; burada bu dönüşümler bir denklem üzerinde kullanılır. Tepkimelerdeki elektron alışverişi (redoks) 12. sınıf konusudur; burada denklemler yalnızca atom sayıları eşitlenerek denkleştirilir.
Kimyasal tepkime ve denklem
Maddelerin kimliğinin değiştiği ve yeni maddelerin oluştuğu olaylara kimyasal tepkime denir. Renk değişimi, gaz çıkışı, çökelek oluşumu, ısı ve ışık açığa çıkması tepkimenin işaretleri olabilir. Tepkime denkleminde tepkimeye girenler okun soluna, ürünler sağına yazılır; maddelerin fiziksel hâlleri (k) katı, (s) sıvı, (g) gaz ve (suda) sulu çözelti biçiminde gösterilir: CaCO₃(k) → CaO(k) + CO₂(g). Tepkimelerde atomların cinsi ve sayısı, toplam kütle ve toplam yük korunur; molekül sayısı ve mol sayısı ise korunmayabilir: N₂ + 3H₂ → 2NH₃ tepkimesinde 4 mol gazdan 2 mol gaz oluşur.
Denkleştirme
Denkleştirme, okun iki yanındaki her elementin atom sayısını eşitlemektir. Formüllerin alt simgeleri asla değiştirilmez; yalnızca formüllerin önüne katsayı yazılır. Genellikle en çok atom içeren formülden başlanır, oksijen ve hidrojen sona bırakılır; değişmeden geçen çok atomlu iyonlar tek parça gibi sayılır. Katsayılar en küçük tam sayılara indirilir. Propanın yanması böyle denkleştirilir: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O.
Tepkime türleri
Programda beş tepkime türü yer alır. Yanma tepkimesi bir maddenin oksijenle tepkimesidir: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Sentez (oluşum) tepkimesinde iki ya da daha çok madde birleşerek tek bir ürün oluşturur: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Analiz (ayrışma) tepkimesinde bir bileşik daha basit maddelere ayrılır: 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂. Asit-baz tepkimesinde asit ile baz tepkimeye girerek tuz ve su oluşturur: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Çözünme-çökelme tepkimesinde iki çözelti karıştırılınca suda çok az çözünen bir katı çöker: Pb(NO₃)₂(suda) + 2KI(suda) → PbI₂(k) + 2KNO₃(suda).
Denklem üzerinden hesaplama
Denkleştirilmiş bir denklemdeki katsayılar, maddelerin mol (ve tanecik) sayıları arasındaki oranı gösterir; kütle oranını göstermez. Hesaplama üç adımda yapılır: verilen miktar mole çevrilir, katsayılar kullanılarak istenen maddenin mol sayısı bulunur, bu mol sayısı istenen büyüklüğe (kütle, tanecik sayısı ya da normal şartlarda gaz hacmi) çevrilir.
Sınırlayıcı bileşen
Tepkimeye giren maddeler denklemdeki oranda alınmamışsa biri tamamen tükenir, öteki artar. Tamamen tükenen maddeye sınırlayıcı bileşen denir; oluşan ürün miktarını o belirler. Sınırlayıcı bileşeni bulmak için her girenin mol sayısı kendi katsayısına bölünür; bölümü en küçük olan madde sınırlayıcıdır. Ürün hesabı her zaman sınırlayıcı bileşen üzerinden yapılır.
Yüzde verim
Denklemden hesaplanan ürün miktarına kuramsal verim, deneyde gerçekten elde edilen miktara gerçek verim denir. Tepkimenin tam gerçekleşmemesi, istenmeyen yan ürünlerin oluşması ve ürünün bir kısmının aktarma ya da süzme sırasında kaybolması nedeniyle gerçek verim genellikle kuramsal verimden azdır. Yüzde verim, gerçek verimin kuramsal verime oranının 100 ile çarpımıdır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O denklemini en küçük tam sayılarla denkleştiriniz.
Çözüm. Propanda 3 karbon olduğu için karbon dioksitin önüne 3 yazılır. Propanda 8 hidrojen olduğu için suyun önüne 4 yazılır. Sağ tarafta oksijen atomları 3 · 2 + 4 · 1 = 10 olur; soldaki oksijen molekülünün önüne 5 yazılınca 10 oksijen atomu sağlanır. Denklem C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O olur. Kontrol: iki tarafta 3 karbon, 8 hidrojen ve 10 oksijen atomu vardır.
Örnek 2. 2H₂ + O₂ → 2H₂O tepkimesine göre 6 g hidrojen ile 32 g oksijen tepkimeye sokuluyor. En çok kaç gram su oluşur ve hangi maddeden kaç gram artar? (H: 1, O: 16)
Çözüm. Hidrojen 6 / 2 = 3 mol, oksijen 32 / 32 = 1 mol'dür. Mol sayıları katsayılara bölünür: hidrojen için 3 / 2 = 1,5, oksijen için 1 / 1 = 1; küçük olan oksijen sınırlayıcıdır. 1 mol oksijen 2 mol hidrojenle tepkimeye girer ve 2 mol, yani 36 g su oluşur. Hidrojenden 3 − 2 = 1 mol, yani 2 g artar. Kontrol: 6 + 32 = 36 + 2.
Örnek 3. 20 g kalsiyum karbonat ısıtılarak CaCO₃ → CaO + CO₂ tepkimesine göre ayrıştırılıyor ve 8,4 g kalsiyum oksit elde ediliyor. Tepkimenin yüzde verimi kaçtır? (C: 12, O: 16, Ca: 40)
Çözüm. Kalsiyum karbonatın mol kütlesi 100 g/mol'dür; 20 g, 0,2 mol eder. Denkleme göre 0,2 mol kalsiyum karbonattan 0,2 mol kalsiyum oksit oluşmalıdır; kuramsal verim 0,2 · 56 = 11,2 g'dır. Gerçek verim 8,4 g olduğu için yüzde verim 8,4 / 11,2 · 100 = %75'tir.
Örnek 4. Şu tepkimelerin türlerini belirtiniz: I. CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O II. N₂ + 3H₂ → 2NH₃ III. 2H₂O → 2H₂ + O₂ IV. H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O V. AgNO₃(suda) + NaCl(suda) → AgCl(k) + NaNO₃(suda)
Çözüm. Birinci tepkime metanın oksijenle tepkimesi olduğu için yanmadır. İkincisinde iki element birleşerek tek bir bileşik oluşturur; sentez tepkimesidir. Üçüncüsünde bir bileşik daha basit maddelere ayrılır; analiz tepkimesidir. Dördüncüsünde asit ile baz tepkimeye girerek tuz ve su oluşturur; asit-baz tepkimesidir. Beşincide iki çözelti karıştırılınca katı gümüş klorür çöker; çözünme-çökelme tepkimesidir.
Sık yapılan hatalar
- Denkleştirirken formüllerin alt simgelerini değiştirmek; yalnızca katsayılar değiştirilebilir.
- Katsayıları kütle oranı sanmak; katsayılar mol oranını gösterir.
- Sınırlayıcı bileşeni mol sayısı küçük olan madde sanmak; karar mol sayısının katsayıya bölümüyle verilir.
- Ürün miktarını artan madde üzerinden hesaplamak; ürün sınırlayıcı bileşenle hesaplanır.
- Tepkimelerde mol sayısının her zaman korunduğunu düşünmek; korunan, atom sayısı ve kütledir.
- Atom sayısı, kütle ve toplam yük korunur; molekül ve mol sayısı korunmayabilir.
- Denkleştirmede yalnızca katsayılar değişir.
- Yanma, sentez, analiz, asit-baz, çözünme-çökelme: programdaki beş tür.
- Verilen → mol → katsayı oranı → istenen.
- Sınırlayıcı: mol / katsayı en küçük olan; yüzde verim = gerçek / kuramsal · 100.