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 her bir 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. Denklemin denkleşmiş hali 2Al + 3S→Al₂S₃ şeklinde olur.

Örnek 1:

CaO + H₃PO₄3(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.

N_2(g) + 3H_2(g) → 2NH_3(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 Türleri

Çeşitli reaksiyon türleri vardır. Bunların en önemlileri aşağıda sıralanmıştır.

Nötrleşme Reaksyonu

Herhangi bir asit ile herhangi bir bazın reaksiyona girmesinde mutlaka nötrleşme 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 nötrleşebilmektedir.

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 her birinin 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 H₂Ooluşturur.

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.

KCIO_3(k) → KCl_(k) + 3/2O_2(g)

CaCO_3(k) → CaO(k) + CO_2(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 yükseltgediğinden 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 Denklemlerinin 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 molekülü yükseltgendir.