Kimyasal tepkimelerin hızını belirleyen en temel içsel faktör reaktiflerin (giren maddelerin) kimyasal ve fiziksel yapısıdır. Diğer tüm şartlar (sıcaklık, derişim, basınç vb.) aynı tutulsa bile maddelerin cinsi farklı olduğunda tepkime hızları çok büyük farklılıklar gösterir.

Maddenin cinsi tepkimenin aktifleşme enerjisini ($E_a$) ve hız sabitini ($k$) doğrudan belirler:

• Aşılması gereken bağ engeli küçük olan maddelerin tepkimesi hızlıdır ($E_a$ küçük, $k$ büyük).

• Aşılması gereken bağ engeli yüksek olan maddelerin tepkimesi yavaştır ($E_a$ büyük, $k$ küçük).

1. Tepkime Hızını Madde Cinsine Göre Kıyaslama Kuralları

ÖSYM ve okul sınavlarında tepkime hızları kıyaslanırken şu genel hiyerarşi uygulanır:

Kural 1: Zıt Yüklü İyonlar Arasındaki Tepkimeler Çok Hızlıdır

Sulu çözeltilerde zıt yüklü iyonlar arasında gerçekleşen tepkimelerde bağ kırılması gerekmez; elektrostatik çekim kuvveti nedeniyle çarpışmalar anında gerçekleşir. Aktivasyon enerjileri yok denecek kadar düşüktür.

• $\text{Ag}^+_{(suda)} + \text{Cl}^-_{(suda)} \longrightarrow \text{AgCl}_{(k)}$ (Anlık gerçekleşir, çok hızlıdır)

• Asit-baz nötralleşmeleri ve çökelme tepkimeleri bu gruba girer.

Kural 2: Aynı Yüklü İyonlar Arasındaki Tepkimeler

Aynı yüklü iyonlar birbirini elektrostatik olarak ittiği için aralarındaki tepkimeler zıt yüklü iyonlara göre daha yavaş, kovalent bağ kırılması içeren tepkimelere göre ise daha hızlıdır.

• $\text{Fe}^{2+}_{(suda)} + \text{Ce}^{4+}_{(suda)} \longrightarrow \text{Fe}^{3+}_{(suda)} + \text{Ce}^{3+}_{(suda)}$

İyon Yükü Kıyası: Zıt yüklü iyonların yük büyüklüğü arttıkça çekim kuvveti artacağından tepkime hızı da artar.

Kural 3: Kovalent Bağ Kırılması ve Oluşumu İçeren Tepkimeler

Moleküler yapılı bileşikler arasındaki tepkimelerde eski bağların kırılması ve yeni bağların oluşması gerekir.

• Kırılan ve oluşan bağ sayısı ne kadar azsa tepkime o kadar hızlıdır.

• Kırılan bağ sayısı çok ve karmaşık moleküllerin yer aldığı tepkimeler oldukça yavaştır.

  • $\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$ (Hızlı yanma)

  • $\text{C}_{20}\text{H}_{42} + \frac{61}{2}\text{O}_2 \longrightarrow 20\text{CO}_2 + 21\text{H}_2\text{O}$ (Çok sayıda bağ kırıldığı için metana göre daha yavaştır)

Kural 4: Metallerin ve Ametallerin Aktifliği

Metallerin ve ametallerin elektron alma/verme istekleri (aktiflikleri) arttıkça girdikleri tepkimelerin hızı artar.

• $1\text{A}$ grubu metalleri ($\text{Na}, \text{K}$), $2\text{A}$ metallerine ($\text{Mg}, \text{Ca}$) göre su ve asitlerle daha şiddetli ve hızlı tepkime verir:

  $$\text{Na}_{(k)} + \text{H}_2\text{O}_{(s)} \longrightarrow \text{NaOH}_{(suda)} + \frac{1}{2}\text{H}_{2(g)} \quad \text{(Çok hızlı, patlamalı)}$$
  $$\text{Mg}_{(k)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(s)} \longrightarrow \text{Mg(OH)}_{2(suda)} + \text{H}_{2(g)} \quad \text{(Daha yavaş)}$$

Kural 5: Organik Tepkimeler Genellikle Yavaştır

İnorganik tepkimeler genellikle hızlı seyrederken; esterleşme, polimerleşme gibi organik molekül tepkimelerinde çok sayıda kovalent bağ koptuğu ve yeniden düzenlendiği için tepkimeler yavaş yürür, sıklıkla katalizör ve ısıtma gerektirir.

2. Genel Hız Sıralaması Özeti

Çözümlü Sorular

Soru 1: Hız Kıyaslama Testi

Aynı koşullarda gerçekleşen aşağıdaki üç tepkimenin hızlarını büyükten küçüğe sıralayınız.

I. $\text{Ag}^+_{(suda)} + \text{Br}^-_{(suda)} \longrightarrow \text{AgBr}_{(k)}$

II. $\text{CH}_{4(g)} + 2\text{O}_{2(g)} \longrightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}$

III. $\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11(k)} + 12\text{O}_{2(g)} \longrightarrow 12\text{CO}_{2(g)} + 11\text{H}_2\text{O}_{(g)}$

Çözüm:

1. I. Tepkime: Zıt yüklü iyonlar arasında elektrostatik çekimle gerçekleşen bir çökelme tepkimesidir. Kovalent bağ kırılması gerektirmediğinden aktifleşme enerjisi en düşüktür; en hızlıdır ($r_1$).

2. II ve III. Tepkimeler: Her ikisi de moleküler kovalent bağların kırıldığı yanma tepkimeleridir.

   • II. tepkimede toplamda az sayıda bağ kırılırken,

   • III. tepkimenin girenlerinde $12$ karbonlu büyük bir organik molekül yer almakta olup çok daha fazla sayıda bağın kopması gerekmektedir. Dolayısıyla II. tepkime III.’den daha hızlıdır.

3. Sıralama: $\text{I} > \text{II} > \text{III}$

Soru 2: Aktiflik ve Asit Tepkimeleri

Aynı sıcaklıkta eşit derişim ve hacimde $\text{HCl}$ sulu çözeltisi içeren üç ayrı kaba, eşit mol sayısında ve eşit yüzey alanına sahip $\text{Na}$, $\text{Mg}$ ve $\text{Cu}$ metalleri atılıyor:

I. $\text{Na}_{(k)} + \text{HCl}_{(suda)} \longrightarrow \text{NaCl}_{(suda)} + \frac{1}{2}\text{H}_{2(g)}$

II. $\text{Mg}_{(k)} + 2\text{HCl}_{(suda)} \longrightarrow \text{MgCl}_{2(suda)} + \text{H}_{2(g)}$

III. $\text{Cu}_{(k)} + \text{HCl}_{(suda)} \longrightarrow \text{Tepkime gerçekleşmez}$

Buna göre hidrojen gazının çıkış hızları arasındaki ilişki nedir?

Çözüm:

• $\text{Na}$ bir $1\text{A}$ grubu alkali metalidir ve metalik aktifliği çok yüksektir; asitle teması anında şiddetli şekilde $\text{H}_2$ gazı açığa çıkarır ($r_1$ çok büyük).

• $\text{Mg}$ bir $2\text{A}$ grubu toprak alkali metalidir; aktiftir ancak $\text{Na}$ kadar hızlı reaksiyon vermez ($r_2$).

• $\text{Cu}$ yarı soy metaldir; oksijensiz asitlerle ($\text{HCl}$) tepkime vermez, dolayısıyla gaz çıkış hızı sıfırdır ($r_3 = 0$).

• Gaz çıkış hızı sıralaması: $\text{I} > \text{II} > \text{III}$