Hız denklemi yazma Ders Notu

Kimyasal Tepkimelerde Hız Denklemi Yazma 🧪

Kimyasal tepkimelerin hızları, tepkimeye giren maddelerin derişimlerine bağlıdır. Bu bağımlılığı matematiksel olarak ifade eden denklemlere hız denklemi adı verilir. Hız denklemi, tepkimenin mekanizması hakkında önemli bilgiler verir ve tepkime hızını tahmin etmek için kullanılır. Genel olarak bir aA + bB → ürünler tepkimesi için hız denklemi şu şekilde yazılır:

Hız = \( k \cdot [A]^x \cdot [B]^y \)

Burada:

• Hız: Tepkimenin birim zamandaki ilerleme miktarıdır. Genellikle molarite/saniye (M/s) birimiyle ifade edilir.
• \( k \): Hız sabitidir. Sıcaklığa bağlıdır ve birimi tepkime derecesine göre değişir.
• [A] ve [B]: A ve B maddelerinin molar derişimleridir.
• \( x \) ve \( y \): A ve B maddelerinin hız denklemindeki dereceleridir. Bu dereceler, tepkimenin deneysel olarak belirlenmesiyle bulunur ve genellikle stokiyometrik katsayılarla aynı olmak zorunda değildir.

Tepkime Derecesi

Bir tepkimede, hız denkleminde yer alan derişimlerin üslerinin toplamına tepkimenin genel derecesi denir. Yukarıdaki örnek tepkime için genel derece \( x + y \)'dir.

Hız Denklemi Yazma Kuralları ve Yöntemler

Hız denklemi, tepkimenin mekanizmasına bağlıdır. Tek basamaklı tepkimelerde hız denklemi, stokiyometrik katsayılara göre yazılabilir. Ancak çoğu tepkime çok basamaklıdır ve hız denklemi, en yavaş adıma göre belirlenir.

1. Deneysel Verilerden Hız Denklemi Belirleme (Başlangıç Düşük Hız Yöntemi)

Bu yöntemde, farklı başlangıç derişimlerinde yapılan deneylerle elde edilen tepkime hızları karşılaştırılarak hızın hangi maddeye bağlı olduğu ve derecesi bulunur.

Örnek 1:

Aşağıdaki tepkime için deneysel veriler verilmiştir:

2A(k) + B(g) → C(g)

Deney No	[A] (M)	[B] (M)	Başlangıç Hızı (M/s)
1	0.1	0.1	\( 2 \times 10^{-3} \)
2	0.2	0.1	\( 8 \times 10^{-3} \)
3	0.1	0.2	\( 4 \times 10^{-3} \)

Çözüm:

Hız denklemi: Hız = \( k \cdot [A]^x \cdot [B]^y \)

Deney 1 ve 2'yi karşılaştıralım:

\[ \frac{Hız_2}{Hız_1} = \frac{k \cdot [A]_2^x \cdot [B]_2^y}{k \cdot [A]_1^x \cdot [B]_1^y} \] \[ \frac{8 \times 10^{-3}}{2 \times 10^{-3}} = \frac{(0.2)^x \cdot (0.1)^y}{(0.1)^x \cdot (0.1)^y} \] \[ 4 = (\frac{0.2}{0.1})^x \] \[ 4 = 2^x \] \( x = 2 \)

Deney 1 ve 3'ü karşılaştıralım:

\[ \frac{Hız_3}{Hız_1} = \frac{k \cdot [A]_3^x \cdot [B]_3^y}{k \cdot [A]_1^x \cdot [B]_1^y} \] \[ \frac{4 \times 10^{-3}}{2 \times 10^{-3}} = \frac{(0.1)^x \cdot (0.2)^y}{(0.1)^x \cdot (0.1)^y} \] \[ 2 = (\frac{0.2}{0.1})^y \] \[ 2 = 2^y \] \( y = 1 \)

Hız denklemi: Hız = \( k \cdot [A]^2 \cdot [B]^1 \)

Genel tepkime derecesi: \( 2 + 1 = 3 \)

2. Mekanizmaya Göre Hız Denklemi Yazma

Çok basamaklı tepkimelerde, tepkime mekanizmasının en yavaş adımı hız belirleyici adımdır. Hız denklemi, bu en yavaş adımdaki reaktiflerin derişimlerine göre yazılır.

Örnek 2:

Aşağıdaki tepkimenin mekanizması verilmiştir:

NO₂(g) + CO(g) → NO(g) + CO₂(g)

Mekanizma:

1. NO₂(g) + NO₂(g) → NO(g) + NO₃(g) (Yavaş adım)
2. NO₃(g) + CO(g) → NO₂(g) + CO₂(g) (Hızlı adım)

Çözüm:

Hız belirleyici adım 1. adımdır. Bu adımın reaktifleri NO₂'dir.

Hız denklemi: Hız = \( k \cdot [NO_2]^2 \)

Bu tepkimede CO'nun derişimi hız denkleminde yer almaz çünkü CO, hızlı olan 2. adımda tepkimeye girer.

Hız Sabiti (k)

Hız sabiti \( k \), tepkime hızının derişimlere oranını verir. Sıcaklık arttıkça \( k \) değeri artar ve tepkime hızı da artar.

Hız sabitinin birimi, tepkime derecesine bağlı olarak değişir:

• 1. Derece tepkime: s⁻¹
• 2. Derece tepkime: M⁻¹s⁻¹
• 3. Derece tepkime: M⁻²s⁻¹

Genel olarak, \( k \) birimi \( M^{(1-n) \cdot s^{-1}} \) formülü ile bulunur, burada \( n \) tepkimenin genel derecesidir.