Kimya

Kimyasal Denklemler

Kimyasal reaksiyonlarda (tepkimelerde) farklı maddeler birbirleriyle etkileşerek bir takım yeni ürünler meydana getirir. Birbiriyle reaksiyona giren maddeler hem element hem de bileşik olabilir. Reaksiyona giren maddeler okun sol tarafına yazılır ve bu maddelere reaktif adı verilir. Okun sağ tarafına yazılan maddelere ise ürün denir.

aX(k) + bY(d) → cZ(aq) + dT(g)
Reaktifler Ürünler

Denklem üzerinde maddelerin yanlarında parantez içinde yazılan X(k), X'in katı olduğunu, Y(s) Y'nin sıvı olduğunu, Z(aq) Z'nin suda çözünmüş olduğunu , T(g) T'nin gaz olduğunu ifade eder. Bileşiklerin baş tarafına yazılan sayılar katsayılar olarak adlandırılır. 

Kimyasal denklemlerde reaksiyona giren atomların cinsi ve sayısı , reaksiyondan çıkan atomların cins ve sayısına eşittir. Kimyasal reaksiyonlarda; kütle, çekirdek yapısı, toplam elektron sayısı ve yük korunur. Ancak kimyasal reaksiyonlarda mol sayısı, molekül sayısı, basınç, hacim, sıcaklık, madde cinsi, madde sayısı ve atomların hacmi değişebilir. 

Denklem denkleştirilirken;

  • En kalabalık atom grubu bulunan bileşiğin katsayısı 1 olarak alınır.
  • Hidrojen ve oksijenin eşitlenmesi sona bırakılmalıdır. Öncelikle az rastlanan atomlar eşitlenmelidir. 
  • Atom eşitliği sağlamak içim kullanılan katsayılar bileşiğin baş tarafına yazılır ve bu katsayılar bileşikteki herbir atomla çarpım durumundadır. 

Bu yol birçok kimyasal denklemin eşitlenmesinde kullanılan basir bir yoldur. Örneğin; Al + S → Al2S3 denkleminde Al2S3'ün katsayısı 1 olarak kabul edilirse Al'un katsayısı 2, S'nin katsayısı 3 olmalıdır. Dneklemin denkleşmiş hali 2Al + 3S →Al2S3 şeklinde olur.

Örnek 1:

CaO + H3PO4 → Ca3(PO4)2 + H2O

Denklemini denkleştiriniz.

Çözüm

En kalabalık atom grubu bulunan bileşik Ca3(PO4)2 olduğundan katsayısını 1 kabul edelim. Dolayısıyla denllemin sağ tarafında 3 tane Ca atomu vardır. Sol tarafta da 3 tane Ca atomu olması için CaO'nun katsayısı 3 olmalıdır. Yine sağ tarafta 2 tane P atomu vardır. Sol tarafta da 2 tane olması için H3PO4'ün katsayısı 2 olmalıdır. Hidrojen ve oksijenin eşitlenebilmesi için H2O'nun katsayısının da 3 olması gerekir. Bu durumda denklemin denkleşmiş hali;

3CaO + 2H3PO4 → Ca3(PO4)2 + 3H2O şeklindedir.

Denklem Katsayılarının Yorumu ve Anlamı

Bir kimyasal denklemde maddelerin baş tarafında bulunan katsayılar mol olarak yorumlanır. Şayet reaksiyona giren ve oluşan maddelerin tamamı gaz olursa katsayılar hacim olarak da yorumlanabilir.

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) denklemi;

1 mol N2 ile 3 mol H2 tepkimeye girmiş 2 mol NH3 oluşmuştur. Şeklinde yorumlanır. Bu denklemde maddelerin tamamı gaz olduğundan 1 hacim N2 ile 3 hacim H2 tepkimeye girmiş ve 2 hacim NH3 oluşmuş şeklinde de yorumlanabilir. Ya da 1 lt N2 ile 3 lt H2 tepkimeye girerse 1 lt NH3 oluşur da denilebilir.

Reaksiyon Tipleri

Nötürleşme Reaksyonu

Herhangi bir asit ile herhangi bir bazın reaksiyona girmesinde mutlaka nötürleşme olayı olur ve tuz oluşur. 

2CH3COOH + Ca(OH)2 → Ca(CH3COO)3 + 2H2O

(Asit)                 (Baz)            (Tuz)                 (Su)

Dikkat edilirse 2 değerlikli bir asitin 1 molüyle 1 değerlikli bir bazın 2 molü nötürleşebilmektedir.

Asit baz reaksiyonlarında suyun ortaya çıkmadığı istisnai durumlar vardır. 

NH3 (Amonyak) zayıf bir bazdır.

NH3 + Asit → Amonyun tuzu 

Bu tepkimede su oluşmaz. 

NH3 + HCl → NH4Cl

2NH3 + H2S → (NH4)2S

Karbonatlı bileşikler (Na2CO3, MgCO3, CaCO3 ..) tuz olmalarına rağmen baz özelliği gösterirler. Dolayısıyle asitlerle reaksiyona girerler. Reaksiyon sonunda tuz, CO2, ve H2O oluşur. 

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

Metallerin Asitlerle Reaksiyonu

Soy metaller (Cu, Hg, Ag, Pt, Au) hariç diğer bütün metaller asitlerle reaksiyona girerek H2 gazı açığa çıkarırlar.

Ca + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + H2

K + HBr → KBr + 1/2H2

Aynı tip reaksiyonu anfoter metaller (Al, Zn, Pb gibi) kuvvetli bazlarla da verirler.

Al + 3NaOH → Na3AlO3 + 3/2H2   gibi.

Pt ve Au hiçbir asitle reaksiyona giremez. Cu, Hg, Ag ise HNO3 ve H2SO4 ile tepkimeye girer, fakat H2 gazı açığa çıkmaz.

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O   gibi.

Not: Çok aktif metaller H2O ile tepkimeye girerek baz oluşturur ve H2 açığa çıkar.

Uyarı: Bir metale asit, baz ya da su ilavesiyle H2 gazı açığa çıkarıyor ise açığa çıkan H2 gazının mol miktarı, 1 mol metal başına metalin değerliğinin yarısı kadardır. 

Örnek 2:

Aşağı verilen reaksiyonlardan hangilerinde H2 gazı açığa çıkmaz?

I. Mg + HCl
II. Zn + KOH
III. K + H2O
IV. Ag + H2SO4
V. Cu + HNO3
VI. Al + H2SO4

 Çözüm

I. reaksiyonda Mg aktif metal olduğundan, asitlerle H2 gazı çıkarır. 

II. reaksiyonda Zn anfoter metal olduğundan, bazlarla H2 gazı çıkarır.

III. reaksiyonda K çok aktif metal olduğundan su ile H2 gazı çıkarır. 

Ag ve Cu asitlerle H2 gazu açığa çıkarmaz.

Örnek 3:

Cu, Mg, Al karışımında herbirinin miktarının belirlenmesi için;

I. HCl ile reaksiyona sokmak

II. NaOH ile reaksiyona sokmak

III. HNO3 ile reaksiyona sokmak

işlemlerinden hangileri, hangi sıra ile yapılmalıdır?

Çözüm

Cu, yarı soy metal olduğundan yalnızca H2SO4 ve HNO3 gibi asitlerle reaksiyona girebilir. Al, anfoter metal oluğundan hem asit hem de bazla reaksiyona girer. Mg ise bütün asitlerle reaksiyona girer. Buna göre karşım önce NaOH ile tepkimeye sokulmalı ve Al miktarı tespit edilmelidir. Daha sonra HCl ile tepkimeye sokulursa Mg, HCl  ile tepkimeye girer, Cu girmez, Mg'nin ve Cu'nun miktarı tespit edilir. Önce II. sonra I. yapılmalıdır.

Yanma Reaksiyonları

Bir maddenin O2 ile reaksiyonunun genel manası yanmadır. Organik bileşiklerden yapısında C, H, O bulunduranlar ve hidrokarbonlar yakılınca CO2 ve H2O oluşturur.

Örnekler

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

C3H5(OH)3 + 7/2O2 → 3CO2 + 4H2O

2Fe + 3/2O2 → Fe2O3

S + 3/2O2 → SO2

Analiz ve Sentez Reaksiyonları

Analiz ayrışma, sentez birleşme demektir. Buna göre bir maddenin daha basit yapıda maddelere dönüşmesine analiz reaksiyonları denir. Değişik maddelerin birleşerek yeni kimyasal madde oluşturmasına sentez reaksiyonu denir.

KCIO3(k) → KCl(k) + 3/2O2(g)

CaCO3(k) → CaO(k) + CO2(g)

tepkimeleri analiz reaksiyonlarına örnektir. 

N2 + H2 → 2NH3

H2 + I2 → 2HI

H2 + 1/2O2 → H2O

tepkimeleri sentes reaksiyonlarına örnektir.

Yer Değiştirme Reaksiyonları

Aktif bir metalin pasif bir metal yerine geçmesi

 CuCl2 + 2Na → 2NaCl + Cu

2AgBr + Mg → MgBr2 + 2Ag

Metallerin aktiflik sırasını ezbere bilmeye gerek yoktur. Fakat bu denklemlerden şu sonucu çıkarabiliriz; Na metali Cu'dan Mg metali de Ag'den daha aktiftir.

Aktif ametilin pasif ametal yerine geçmesi

NaI + 1/2F2 → NaF + 1/2I2

CaBr2 + Cl2 → CaCl2 + Br2

Hem katyonun hem anyonun yer değiştirmesi

AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3

Ba(NO3)2 + Na2SO4 → BaSO4 + 2 NaNO3

örnekleri verilebilir. 

Redoks Reaksiyonları

Kimyasal reaksiyonların birçoğunda reaksiyona giren maddeler arasında elektron alış verişi olur. Böyle reaksiyonlara redoks reaksiyonları denir. Redoks indirgenme (elektron alma), yükseltgenme (elektron verme) olaylarının birleşimidir. Elektron veren atom kendisi yükseltgenirken karşısındakini ingirgediğinden dolayı indirgendir. Elektron alam atom da kendisi indirgenirken karşısındakini yükseltgediinden dolayı yüksetgendir.

Yükseltgenme Örnekleri

Al → Al+3 + 3e- 3e- vermiş, ya da 3e- ile yükselgenmiş
Cl-1 → Cl+7 + 8e- 8e- vermiş, ya da 8e- ile yükselgenmiş
 Mn+2 →Mn+7 + 5e- 5e- vermiş, ya da 3e- ile yükselgenmiş
 2Cl→ Cl2 + 2e- 2e- vermiş, ya da 3e- ile yükselgenmiş
 S3-2 →3S+6 + 24e- 24e- vermiş, ya da 24e- ile yükseltgenmiş

 

İndirgenme Örnekleri

Mg+2 + 2e- → Mg0 2e- almış ya da 2e- ile indirgenmiş
P+5 + 2e- → P+3 2e- almış ya da 2e- ile indirgenmiş
N+5 + 8e- → N-3 8e- almış ya da 8e- ile indirgenmiş
N2 + 6e→ 2N-3 6e- almış ya da 6e- ile indirgenmiş

 

Redoks Denklemleriinin Denkleştirilmesi

  1. Sırası ile şu işlemlerin yapılması gerekir;
  2. Değerlik değiştiren elementler edilerek her iki taraftaki değerlikleri bulunur.
  3. Yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimeleri ayrı ayrı yazılır.
  4. Verilen elektron sayısı alınan elektron sayısına eşit olması için uygun katsayılar kullanılarak elektronlar eşitlenir.
  5. Reaksiyon iyon reaksiyonu ise (asidik ya da bazik ortamda gerçekleşiyorsa) H+ ya da OH- iyonları ekleyerek, zaten bu iyonlar varsa da katsayılarını değiştirerek yük denkliği sağlanır. 
  6. Reaksiyona giren atomların cins ve sayısı, reaksiyondan çıkan atomların cins ve sayısına eşit olması gerektiğinden dolayı eşitliği sağlanmamış atomlar uygun katsayılarla eşitlenir. 

Örnek 4:

CH4 + HNO3 → CO2 + NO + H2O

denklemini denkleştiriniz.

Çözüm

Değerlikler bulunursa sol tarafta bulunan CH4'teki C'nun değerliğinin -4, sağ tarafta CO2'deki C'nun değerliğinin +4 olduğu, sol taraftaki N'un değerliğinin +5, sağ tarafta ise N'un değerliğinin +2 olduğu bulunur. Diğer atomların değerlikleri değişmemiştir. 

C-4 → C+4 + 8e-   C 8e- vermiş

N+5 + 3e→N+2   N 3e- almış

Elektron eşitliğini sağlamak için 1. tepkime 3 ile, 2. tepkime 8 ile çarpılmalıdır.

3C-4 → 3C+4 + 24e-

8N+5 + 24e- → 8N+2

3CH4 + 8HNO3 → 3CO2 + 8NO +H2O  şekline dönüşmüş oldu.

Sol tarafta 20 tane H var. Öyleyse atom eşitliğini sağlamak için sağ taraftaki H2O'nun katsayısı 10 olmalıdır. 

Denklemin denkleşmiş hali;

3CH4 + 8HNO3 → 3CO2 + 8NO +10H2O

şeklindedir.

Denklemin yorumu;

  1. C atomu yükseltgenmiştir.
  2. C atomu ya da CH4 molekülü indirgendir.
  3. N atomu elektron almıştır. 
  4. N atomu ya da HNO3 melekülü yükseltgendir.