Kimya

Reaksiyon Hızı

Tepkime Hızı, Ortalama Hız ve Anlık Hız

Kimyasal tepkime hızları da diğer alanlardaki gibi, bir özellikteki değişimin, değişimin olduğu zamana bölümü olarak tanımlanabilir. Kimyasal tepkimelerde girenlerin ne kadar hızla tüketildiği veya ürünlerin ne kadar hızla oluştuğu tepkimelerin hızını oluşturmakta­dır. Bir kimyasal tepkime, tepkimeye girenlerin za­manla ürünlere dönüştüğü bir süreçtir. Bu süreçte gi­renlerin miktarı azalırken, ürünlerin miktarı artar. Tep­kime ilerledikçe, tepkimeye katılanların ürünlere dö­nüşüm hızı azalır.

Tepkime hızı, belirli bir zaman aralığında olu­şan derişim değişimidir.

Girenler esas alınmışsa derişimdeki azalmadan, ürünler esas alınmışsa derişimdeki artmadan bahse­dilebilir.

Tepkime hızı = Derişimdeki değişim / Zaman aralığı

Burada bahse konu olan hız, ortalama hızdır. Belirli bir zaman aralığında derişimdeki değişimin, za­mandaki değişime oranına reaksiyonun ortalama hızı denir. Reaksiyonun ortalama hızını formülle göster­mek gerekirse, aşağıdaki bağıntı ortaya çıkar:

rort = Δc / Δt

Reaksiyonun anlık hızı, zamana karşı derişimin grafiğe geçilmesi ile elde edilen eğriye t anında çizi­len teğetin eğimidir. Reaksiyon ilerledikçe anlık hız değişir. Anlık hızın formüle edilmesi aşağıdaki gibi olur:

c(t) = dc / dt

Tepkime Hızınnın Ölçülmesi

Uygulamada tepkime hızını ölçmek için tepkime­nin başladığı ve bittiği zaman aralığı belirlenmelidir. Tepkimeye giren maddelerin miktarındaki azalma ve­ya ürünlerin miktarındaki artma direk gözlenemediği için tepkimedeki bazı özelliklerin zamanla değişimi gözlenerek sonuca ulaşılabilir. Bu özellikler; renk de­ğişimi, iletkenlik değişimi, basınç değişimi, pH değişi­mi, ısı değişimi, çökelme, hacim değişimi ve ışık ola­bilir. Yaygın olarak renk değişimi, iletkenlik değişimi, basınç değişimi ve pH değişimi araç olarak kullanılır.

1. Basınç değişimi ile

Basınç değişiminin araç olarak kullanılabilmesi için tepkimede gazların olması ve gazların mol sayı­larının değişmesi gerekir. Sabit sıcaklık koşulunda hacim sabit tutularak basınç değişimi veya basınç sa­bit tutularak hacim değişimi gözlem aracı olarak kul­lanılabilir.

 A + B → 2C  tepkimesinde basınç veya hacim değişimi araç olarak kullanılamaz. Nedeni ise girenlerin katsayıları topla­mının ürünlerin katsayıları toplamına eşit olmasıdır.

A + B → C türündeki tepkimelerde ise basınç değişimi ile reaksiyon hızı ölçülebilir. Çünkü girenlerin katsayıları toplamı 2, ürünlerin katsayı toplamı ise 1'dir. Sabit sıcaklık ve hacim altında basınç azalacaktır. Basınçdaki azalma gözlenerek tepkime hızı hakkında fikir sahibi olunabilir.

2. İletkenlik değişimi ile

İletkenlik değişiminin araç olarak kullanılması için çözelti ortamında gerçekleşen tepkimelerde iyonların derişimi değişmelidir. Örneğin;

Ag+(aq) + Cl-(aq) → AgCl(k) tepkimesinde iyonların derişimi zamanla azalacak, buna bağlı olarak iletkenlikte azalacaktır. İletkenlikte­ki azalma gözlenerek tepkime hızı ölçülebilir.

3. Renk değişimi ile

Renk değişiminin gözlenebilmesi için tepkimede renkli maddeler bulunmalı ve zamanla renk değişme­lidir. Ürünlerin ve girenlerin renkleri farklı ise renk dönüşümünün hızından tepkime hızını da görebiliriz.

4. pH değişimi ile

pH değişiminin araç olarak kullanılabilmesi için tepkime H+ veya OH- iyonları olmalı ve bu iyonların derişimi değişmelidir.

Çarpışma Teorisi

Kimyasal tepkimeler, bir bağ düzenindeki tane­ciklerin (atom, iyon molekül) yeni bir bağ düzenine geçmesidir. Bir başka ifade ile bağlar kırılır ve yeni bağlar oluşur.

Bir tepkimenin başlayabilmesi için maddelerin bir araya getirilmesi gerekir. Bir başka ifade ile tanecikle­rin çarpışması gerekir. Asitler ve bazlar bir araya ge­tirilince kendiliğinden tepkime verir. Ancak, öncelikle bir araya getirilmesi gerekir.

Tanecikler arasındaki her çarpışma tepkime ile sonuçlanmaz. Bir kapta bir arada bulunan metan ga­zı ve hava birbiri ile tepkime vermez. Bunun için bir kı­vılcım gerekir. Her tepkimenin başlaması için gerekli olan enerji farklıdır. Taneciklerin enerjilerinin toplamı, tepkimenin başlaması ve devam etmesi için yeterli değilse tepkime gerçekleşmez.

Enerjisi yeterli olmadığı için çarpışmalarına rağ­men tepkime vermeyen taneciklerin çarpışmasına et­kin olmayan çarpışma denir.

Oluşacak moleküllerin geometrik düzeni ve elekt­ron dağılımı çarpışmaların belli bir geometrik doğrultu­sunda çarpışmasını gerektirir. Uygun geometrik doğ­rultuda çarpışmayan moleküller tepkime veremez.

çarpışma teorisi

Çarpışma teorisine göre bir tepkimenin oluşabil­mesi için;
  1. Taneciklerin çarpışması,
  2. Çarpışmaların etkin çarpışma (enerjisi yeterli) olması,
  3. Taneciklerin uygun geometrik doğrultuda çar­pışması gerekir.

Aktifleşme Enerjisi

Karışım halinde olan H2 ve O2 tepkime vermez. Bir dış etki olmadıkça hidrojen ve oksijen karışımı patlamaz, patlama için bir kıvılcım, bir alev ya da ısı gereklidir. Odun, kömür, mum, kağıt gibi maddeler ha­vada uzun süre değişmeden durabilir. Tutuşmaları için, sıcaklık, alev, sürtünme ya da ısı gerekir.

Bir tepkimenin başlayabilmesi için gerekli olan en düşük enerji miktarına aktifleşme enerjisi veya eşik enerjisi denir.

Bu bir enerji engelidir. Bu enerji engelini aşan ve uygun geometrik doğrultuda çarpışan tanecikler ara­sında tepkime gerçekleşebilir.

Taneciklerin çarpışarak ürüne dönüşebilmeleri için gerekli olan minimum enerji, bir diğer ifade ile ak­tifleşme enerjisi küçük ise fazla molekülün kinetik enerjisi bu engeli aşar ve tepkime hızlı gerçekleşir.

Aktifleşme enerjisi yüksek ise çok az molekülün kinetik enerjisi bu enerji engelini aşabilir ve tepkime yavaş gerçekleşir.

aktifleşme enerjisi

A bölgesinde bulunan tanecikler uygun geometrik doğrultuda çarpışsalar bile tepkime gerçekleşmez. Enerjileri aktifleşme enerjisini aşmamıştır.

B bölgesindeki taneciklerin kinetik enerjileri Ea barajını aştığı için bu taneciklerin uygun geometrik doğrultuda çarpışması tepkime ile sonuçlanır.

  • Aktifleşme (aktivasyon) enerjisine eşik enerjisi de denir.
  • Aktifleşme enerjisi Ea ile gösterilir. Eai = İleri tepkimenin aktifleşme enerjisi Eag = Geri tepkimenin aktifleşme enerjisi
  • Aktifleşme enerjisini basınç ve sıcaklık etkile­mez.
  • Aktifleşme enerjisini madde miktarı etkilemez.
  • Aktifleşme enerjisini katalizör etkiler.