Alper Şahin
Ana Sayfa
Kimya
=> Temel Kavramlar
=> Atomun Yapısı
=> Kimyasal Bağlanma
=> Bileşikler ve Mol Kavramı
=> Kimyasal Reaksiyonlar ve Hesaplamalar
=> Gazlar
=> Maddenin Yoğun Hali (Sıvılar ve Katılar)
=> Kimyasal Reaksiyonlarda Hız
İletişim
Link listesi
Slaytlar
 

Kimyasal Reaksiyonlarda Hız

1. Giriş
Kimyasal reaksiyonların hızını ifade ederken çok sık olarak "kinetik" sözcüğü
karşımıza çıkar. Bu durumu açıklamak için kimyasal kinetik kavramını irdeleye-
lim.
Kimyasal kinetik, bir reaksiyonunun nasıl yürüdüğü, ne kadar hızlı yürüdüğü,
hangi mekanizma ile (yoldan) yürüdüğü ve hızına hangi faktörlerin nasıl etki et-
tiği hakkında bilgi veren, kimyanın çalışma alanlarından biridir. Bir başka ifade
ile kimyasal kinetik, bir reaksiyonun başladığı andan dengeye ulaşana kadar ge-
çen süredeki yürüşüne ilişkin zamana bağlı olarak değişen nicelikleri belirlemeye
çalışır. Bu nedenle kimyasal kinetik denklemlerinde her zaman bir zaman (t) te-
rimi yer alır. Dengeye ulaşmış bir reaksiyonda artık "kinetik süreç" bitmiştir ve
denge olayları termodinamik tarafından incelenir.
2. Basit Reaksiyonlar ve Reaksiyon Mekanizması
Kimyasal reaksiyonların çoğunda, reaktantlardan ürün oluşumu birden fazla
adımda (basamakta) gerçekleşir. Örneğin azot monoksit gazı ile hidrojen gazı
uygun koşullarda reaksiyona girdiğinde ürün olarak azot ve su oluşur. Bu re-
aksiyon için denkleştirilmiş reaksiyon denklemi
2NO (g) + 2H2 (g) N2 (g) + 2H2O (g)
şeklindedir. Ancak bu reaksiyon, deneysel sonuçlara göre iki adımda gerçekleşen
yani ardarda yürüyen iki basit (elementer) reaksiyondan oluşan bir toplam reak-
siyondur. Basit (elementer) reaksiyonlar "reaktantların birbirleri ile çarpışarak Basit reaksiyonlar reak-
ürünler verdiği reaksiyonlar" olarak tanımlanabilir. Yukarıdaki toplam reaksi- tanların birbiri ile çarpı-
şarak ürünler verdiği re-
yon için basit reaksiyonların aksiyonlardır.
Yavaş
2NO g + H 2 g N 2 g + H 2 O2 g
Hızlı
H 2 O2 g + H 2 g 2H 2 O g
olduğu belirlenmiştir. Bu iki basit reaksiyonun toplamı yukarıdaki toplam reak-
Reaksiyon mekanizması,
siyonu verir. Ancak toplam reaksiyonun yazılış şeklinden ürünlerin hangi bile- bir reaksiyonda reaktan-
şenlerin birbiri ile çarpışması sonucu oluştuğu anlaşılamaz. Buna karşılık yukarı- lardan ürün oluşması sıra-
sında gerçekleşen basit re-
daki iki basit reaksiyon, hangi bileşenlerin N2 ve H2 O oluşması için birbirleri aksiyonlar dizisidir.
ile çarpıştıklarını, açıkça göstermektedir. Örneğin nihaî ürün olan su (H2 O),
başlangıçta ortamda olmayan H2 O2 ile hidrojen molekülünün (H2) reaksiyona
girmeleri sonucu oluşmaktadır.
Bir reaksiyonun yürüyüşü sırasında ardarda gerçekleşen basit reaksiyonlar dizisi o reak-
siyonun mekanizmasını verir. !
AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ
136 KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ
Reaksiyon mekanizmalarına bakıldığında, genelde yavaş yürüyen basit bir reak-
siyon sonucu oluşan ve toplam reaksiyon denkleminde bulunmayan bir ürünün;
hızlı yürüyen bir başka basit reaksiyon tarafından hemen tüketildiği görülür.
Bu nedenle genel reaksiyon denklemlerinde hiçbir zaman görünmeyen ancak, reaksi-
! yon sırasında oluşup, ardından daha hızlı yürüyen bir reaksiyon tarafından tüketilen
maddelere "ara ürün" denir. Örnek reaksiyonumuzda H2 O2 (g) bir ara üründür.
Çözümlü Soru 1
Ozonun (O3 ) parçalanmasına ilişkin reaksiyon mekanizması aşağıda verilen şe-
kildedir. Bu reaksiyonun ara ürünü var mıdır? Varsa hangisidir?
O3 (g) O2 (g) + O(g)
O (g) + O3 (g) 2O2 (g)
Cevap
Ara ürün O (g) atomudur. Çünkü ozonun parçalanmasında toplam reaksiyon
2O3 (g) 3O2 (g)
olduğundan, O (g) toplam reaksiyonda gözükmemektedir ve birinci basit re-
aksiyon tarafından oluşturulmakta, ikinci basit reaksiyon tarafından harcan-
maktadır.
3. Molekül Çarpışmaları ve Etkinleşme Enerjisi
Basit (elementer) bir reaksiyonda, reaksiyonun yazılan bileşenler arasında yürü-
düğünü yukarıda belirtmiştik. Şimdi de O3 ile NO arasındaki basit reaksiyonu
inceleyelim:
O3 (g) + NO (g) NO2 (g) + O2 (g)
Azot dioksit (NO2 ) ve oksijen (O2 ) oluşumu için O3 ile NO gazlarının etki-
leşmeleri yani birbirleri ile çarpışmaları gerekir. Doğal olarak belli bir sıcak-
lıkta bulunan gaz O3 ve NO molekülleri rastgele yönlerde hareket etmekte ve
bunların hızları (kinetik enerjileri) sürekli değişmektedir. Bu moleküller rast-
gele yönlerde hareketleri sonucu çarpışmakta, çarpışmanın sayısı derişime (ba-
sınca) ve sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Ancak her bir çarpışmanın ürün
oluşturma şansı aynı değildir ve çarpışmaların çok küçük bir kesri ürün oluştura-
Etkin çarpışmalar ürün
verme ihtimali olan çarpış- bilecek etkin çarpışmadır.
malardır.
ANADOLU ÜNİVERSİTESİ
KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ 137
Bir çarpışmanın ürün verecek bir çarpışma yani etkin bir çarpışma olabilmesi için
iki koşul sağlanmalıdır:
• Reaktantlar birbirlerine doğru yaklaşırken, sahip oldukları elektronlar ne-
deniyle oluşan itme kuvvetini yenecek ve çarpışmayı sağlayacak kinetik
enerjiye sahip olmalıdırlar,
• Gerçekleşen çarpışmalar, uygun geometride olmalıdırlar.
Yeteri kadar kinetik enerjiye sahip olmayan moleküller, birbirlerine yaklaşması sı-
rasında elektronlarının birbirlerini itmelerinden doğan itme kuvvetini yeneme-
yeceklerinden çarpışamazlar; bu durumda ürün oluşması ihtimal dahilinde ol-
maz.
Ürün oluşumu ancak yeteri kadar yüksek kinetik enerjiye sahip moleküllerin uygun
açı ve yönden çarpışmaları ile mümkündür. !
Örneğin kinetik enerjisi yüksek olan bir O3 molekülüne yine yüksek enerjili bir
NO molekülü N atomu doğrultusunda çarparsa, çarpışma uygun bir çarpışma
olur ve ürün oluşumu gözlenebilir. Buna karşılık O atomu doğrultusunda çar-
parsa çarpışma uygun bir çarpışma olmaz ve ürün oluşumu gözlenmez. Aşağıda
uygun olan ve olmayan çarpışmalara birer örnek verilmiştir.
O O
O N→ ←O O N O→ ←O O
Uygun çarpışma Uygun olmayan çarpışma
Etkin bir çarpışma yapan reaktant molekülleri, ürünleri vermeden önce çok kısa bir süre
için "etkinleşmiş kompleks veya aktifleşmiş kompleks" adı verilen kararsız bir ara
bileşik oluştururlar.
!
Kısmi bağlar
O
O3 + NO O O N O O2 + NO2
Aktifleşmiş kompleks
Bu kararsız kompleks oldukça yüksek potansiyel enerjiye sahiptir ve daha kararlı
bileşikler vermek üzere hemen ayrılır. Bu ayrılma iki yöne de yani tekrar reak-
tantları oluşturmak üzere veya ürünleri vermek üzere olabilir. Yukarıda verdiği-
miz örnek reaksiyon için potansiyel enerji-reaksiyon koordinatını çizersek Şekil
8.1'de gösterilene benzer bir diyagram elde ederiz.
Etkinleşmiş kompleksin enerjisi, hem reaktantların hem de ürünlerin enerjisinden
daha büyüktür. !
AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ
138 KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ
O
O O N O
Potansiyel
Enerji
Ürünlerin toplam enerjile- E
ri (entalpileri) ile reaktant- e
ların toplam enerjileri (en-
Reaktanların
talpileri) arasındaki fark Enerjisi
reaksiyon entalpisine (∆H)
eşittir. Şekil 8.1'deki ∆H'ın O 3 + NO
değeri negatif bir değer ol-
duğundan reaksiyon ekzo-
H
termiktir. Ürünlerin
Enerjisi
NO 2 + O 2
Reaksiyon Koordinatı
Şekil 8.1: O3 İle NO Arasındaki Reaksiyonun Potansiyel Enerjisinin Reaksiyon Koordinatı İle Değişimi
Diyagramda Ee ile işaretlenmiş etkinleşmiş kompleksin potansiyel enerjisi ile
reaktantların potansiyel enerjisi arasındaki fark "etkinleşme (aktivasyon) enerji-
si" olarak bilinir. Reaksiyonun gerçekleşme ihtimali için reaktantların öncelikle
bu enerji engelini aşacak bir enerjiye sahip olmaları gerekir. Reaksiyonların Ee
değerleri genelde 40-250 kJ mol-1 arasındadır.
! Bir reaksiyonunun Ee değeri ne kadar büyükse reaksiyon o derece yavaş yürür.
Bunun nedeni de etkinleşme enerjisi engelini aşabilecek derecede enerjiye sahip
moleküllerin kesrinin çok küçük olmasıdır.
Ürünler ile reaktantların sabit basınçtaki enerjileri arasındaki fark da reaksiyon entalpi-
! sine (∆H) eşittir. Yukarıdaki reaksiyon için ∆H değerinin eksi olması, reaksiyonun ek-
zotermik olduğunu gösterir.
Kimyasal reaksiyon hızlarının genel olarak (reaksiyon ister endotermik yani ısı alan,
! ister ekzotermik yani ısı salan olsun) sıcaklıkla arttığı gözlenir. Bu da doğrudan sı-
caklık artması nedeniyle moleküllerin enerjilerinin artması ile ilgilidir.
Sıcaklık artışı etkin çarpışma yapabilecek moleküllerin kesrini arttırdığından,
doğal olarak sonuçta ileriye ve geriye olan reaksiyonların hızları artar. Şekil
8.2'de aynı maddenin iki farklı sıcaklıkta molekül kesri-kinetik enerjisi diyagramı
verilmiştir. Her iki eğrinin altında kalan taralı alan, reaksiyona girerek ürün oluş-
turabilecek büyüklükte enerjiye sahip moleküllerin sayısı ile orantılıdır.
Görüldüğü gibi enerjileri T2 sıcaklığında Ee'den büyük olan moleküllerin sayısı T1
! sıcaklığındakilerden daha fazladır. Bu da sonuç olarak, sıcaklık arttıkça etkin çarpış-
ma sayısının artması olgusunu doğurur.
ANADOLU ÜNİVERSİTESİ
KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ 139
T1
T2
Ee Kinetik Enerji
Şekil 8.2: Aynı Bir Maddenin İki Farklı Sıcaklıkta Molekülleri Arasındaki Enerji Dağılımı ( T2 >T1 )
4. Reaksiyon Hızı
Reaksiyon hızı, "birim zamanda bir reaktant veya bir ürünün derişimindeki de-
ğişim" olarak tanımlanır.
Derişimdeki değişim
Reaksiyon hı zı (r) =
Değişim sı rası nda geçen süre
r = ∆c
∆t
Reaksiyon hızının birimi çoğu zaman mol/ lt zaman olarak verilir ve zaman bi- r'nin birimi mol/lt za-
man'dır
rimi için reaksiyon hızına bağlı olarak saniye, dakika, saat, gün vs gibi bir birim se-
çilir. Reaksiyonların çoğunun hızı, başlangıç anından dengeye ulaşılıncaya ka-
dar sabit olmayıp sürekli olarak düzgün bir şekilde değişir. Bunun nedeni de, baş-
langıçta reaktantlar arasında büyük olan etkin çarpışma sayısının, reaksiyon iler-
ledikçe ürün oluşumu nedeniyle reaktant derişimindeki azalma sonucu, gittikçe
azalmasıdır. Buna karşılık başlangıçta geriye doğru olan reaksiyonun, reaksi-
yon hızı sıfır iken, reaksiyon ilerledikçe artar.
İleri ve geri reaksiyonların hızı eşit olduğunda ise reaksiyon dengeye ulaşmış olur.
!
Şimdi bir reaksiyon için, derişimdeki değişmeye göre reaksiyon hız denkleminin na-
sıl yazılacağını görelim. Bir reaksiyonun hızı, reaktant derişimine bağlı olarak da, ürün
derişimine bağlı olarak da yazılabilir.
!
aA bB
Yukarıdaki gibi bir reaksiyonunun hızı (r)
d A d B
r=-1 = +1
a dt b dt
AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ
140 KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ
olur. Reaktant derişimine göre yazılmış ifadenin önündeki "eksi" işaret, derişim-
de zamanla olan azalma nedeniyle konulur. Zira bu şekilde eksi bir değer olarak
çıkacak reaksiyon hızını artı değer olarak ifade edebilmek mümkündür.
! Genelde reaksiyon hızı, reaktantlardan birinin derişiminin zamana bağlı olarak deği-
şimi izlenerek belirlenir.
5. Reaksiyon Hız Denklemlerinin Yazılması
Bir kimyasal reaksiyona ilişkin reaksiyon hızının, birim zamanda derişimdeki
değişme olduğunu yukarıda ifade etmiştik. Aynı zamanda reaksiyon hızı, üst
içeren veya içermeyen derişim terim veya terimleri ile hız sabiti (k) adı verilen bir
katsayı çarpımı olarak da ifade edilebilir. Bu ifade genel olarak şu şekildedir:
r = k [A] a [B] b [C] c .
Buradaki a, b, c . üstel terimleri denkleştirilmiş reaksiyon denklemindeki stoki-
yometrik katsayılara karşılık gelmeyen artı veya eksi 1, 2, 3 gibi tam sayılar ile 1/
2, 3/2 gibi yarı-tam sayılardır. Bu sayılar bir reaksiyonun genel derecesini (merte-
besini) ve her bir bileşene göre derecesini (mertebesini) verirler.
! Bir reaksiyon hız denkleminde hangi derişim terimlerinin ve bunların hangi üstlerle
yeralacağı ancak deneysel sonuçlar ile belirlenebilir.
Çok basamaklı bir reaksiyonun denkleştirilmiş reaksiyon denklemine bakarak
reaksiyon hızı ifadesi yazılamaz. Ancak bir kimyasal reaksiyonun, basit (ele-
menter) reaksiyon olduğu biliniyorsa, reaksiyon denklemine bakılarak hız ifa-
desi yazılabilir. Daha önce verdiğimiz NO ile H2 arasındaki örnek reaksiyo-
nunun denkleştirilmiş reaksiyon denklemi
2NO (g) + 2H2 (g) N2 (g) + 2H2O (g)
şeklindedir. İki adımda yürüdüğü bilinen bu reaksiyona ilişkin hız denklemini,
reaksiyona bakarak yazmak mümkün değildir. Şimdi bu reaksiyonun deneysel
olarak belirlenen iki adımını yani mekanizmasını yazalım.
2NO g + H 2 g Yavaş N 2 g + H 2 O2 g
Hızlı 2H 2 O g
H 2 O2 g + H 2 g
Bu iki basit reaksiyondan birincisi yavaş, ikincisi hızlı yürüyen bir reaksiyon-
dur ve bu durumda reaksiyonun hızını belirleyen basit reaksiyon birinci basa-
maktır. O halde reaksiyon hızı birinci reaksiyondaki derişimler ile orantılı olacak-
tır. O halde
ANADOLU ÜNİVERSİTESİ
KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ 141
ve 2
r α NO H2
r = k [NO]2 [H2 ]
şeklindedir. Reaksiyonumuzun genel derecesi (mertebesi) 3'dür. Reaksiyon
NO2'ye göre 2. dereceden ve H2'ye göre 1. derecedendir.
Reaksiyonun stokiyometrik katsayıları ile reaksiyon hız denklemindeki üstel sayı-
ların aynı olmadığı burada açıkça görülmektedir. Toplam reaksiyon denklemine
bakarak neden reaksiyon hız denkleminin yazılamayacağını bir toplam reaksiyo-
nun yürüyüşünü kum saatinin işleyişine benzeterek açıklayabiliriz. Kum saatin-
deki akış hızını saatteki boğaz belirler. Kum tanecikleri için boğazdan önce veya
sonra akışa bir engel yoktur. Tek engel birim zamanda sınırlı sayıda kum taneciği-
nin geçebildiği boğazdır. Kimyasal reaksiyonlar sırasında da yavaş yürüyerek, re-
aksiyon hızını belirleyen basit reaksiyonlar vardır.
Çoğu çok adımlı kimyasal reaksiyonlarda adımlardan biri son derece yavaş yürüyen bir re-
aksiyondur ve bu basit reaksiyon "hız belirleyen adım (basamak) "veya "hız belirleyen
reaksiyon" olarak adlandırılır.
!
Dolayısıyla reaksiyon hız denklemlerinde, yukarıdaki reaksiyonda olduğu gibi
hız belirleyen basamaktaki bileşenler yer alırlar.
Çözümlü Soru 2
CH4 (g) + Cl2 (g) CH3 Cl (g) + HCl (g)
Yukarıda verilen basit reaksiyon için reaksiyon hız denklemini yazınız
Cevap
r = k [ CH4 ] [ Cl2 ]
Reaksiyon basit yani tek adımda yürüyen bir reaksiyon olduğu için, reaksiyon
denklemine bakılarak reaksiyon hız denklemi yazılabilir.
Çözümlü Soru 3
Aşağıdaki reaksiyon ve hız denklemi için, verilen yargılardan hangisi doğrudur?
2NO2 (g) + F2 (g) 2NO2 F (g)
r = k [ NO2 ] [ F2 ]
AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ
142 KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ
• Reaksiyonun genel derecesi 3'dür.
• Reaksiyon yazıldığı şekilde yürüyen basit bir reaksiyondur.
• Reaksiyon birden çok adımda yürüyen bir toplam reaksiyondur.
• Reaksiyonun NO2'ye göre derecesi 2'dir.
Cevap
"Reaksiyon birden çok adımda yürüyen bir toplam reaksiyondur" yargısı doğru-
dur. Çünkü reaksiyonun genel derecesi 2, NO2'ye göre derecesi 1'dir. Eğer re-
aksiyon basit bir reaksiyon olmuş olsaydı reaksiyon hız denkleminde NO2
derişimiyle ilgili terim [NO2 ]2 şeklinde yer alırdı.
6. Birinci, İkinci ve Sıfırıncı Dereceden
Reaksiyon Hız Denklemleri
Birinci dereceden reaksi- Bu ünitede basit olmaları nedeniyle birinci, ikinci ve sıfırıncı dereceden reak-
yonlar için hız sabitinin siyonlara ilişkin hız denklemleri verilecektir. Bunların dışında kalan ve çıkarılma-
birimi 1/zaman'dır.
ları daha zor olan reaksiyon hız denklemleri üzerinde ise durulmayacaktır.
6.1. Birinci Dereceden Reaksiyon Hız Denklemi ve Yarılanma
Ömrü
! Birinci dereceden bir reaksiyonun hızı sadece bir reaktantın (veya ürünün) derişi-
mine bağlıdır.
Bu durumda reaksiyon hızı için,
r = k [A]
yazılabilir. Birinci dereceden reaksiyonların reaksiyon hız sabitlerinin birimi 1/
zaman yani 1/s, 1/dak, 1/yıl şeklindedir. Daha önce gördüğümüz gibi reaksiyon
hızı A reaktantı için,
d A
r=-
dt
olur. Buradan
d A
- =k A
dt
yazıp her iki tarafın t = 0 (başlangıç) anından belli bir t anına kadar integrali alı-
nırsa,
ln [A] = - kt + ln [A]0
ANADOLU ÜNİVERSİTESİ
KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ 143
elde edilir. Burada  [A]0 , t = 0 anındaki derişim, [A] , t = t anındaki derişim-
dir ve bu ifade eğimi -k olan bir doğru denklemidir. Deneysel olarak birinci dere-
ceden bir reaksiyonun, bileşenlerinden birinin (örneğin A'nın) derişimi belli süre-
lerde ölçülürse ve elde edilen veriler t'ye karşı ln [A] olarak grafiğe geçirilirse Şekil
8.3'deki gibi bir doğru grafiği elde edilir. Bu grafiğin eğiminden reaksiyon hız sabi-
ti (k) hesaplanabilir. Ayrıca grafikten belli bir t anındaki ln[A] okunarak bileşe-
nin o andaki derişimi bulunabilir.
ln [A] 0
l
Eğim = –k
Zaman
Şekil 8.3: Birinci Dereceden Bir Reaksiyon İçin t'ye Karşı ln[A] Grafiği
Birinci dereceden reaksiyonlar için önemli bir özellik ise yarılanma ömrü'dür.
Yarılanma ömrü (t1/2 ) bir reaktantın o andaki derişiminin yarıya düşmesi için geçme-
si gereken süre olarak tanımlanır.
!
Birinci dereceden bir reaksiyon için bileşenin yarılanma ömrüne ilişkin bağıntı
için yukarıdaki eşitlikte [A] yerine [A]0 /2 konularak bulunabilir. Sonuç olarak
bu ifade
0,693
t 1/2 = ln 2 =
k k
şeklindedir. Dikkat edilirse bu bağıntıda bileşene ilişkin herhangi bir terim bu-
lunmamaktadır. Bu nedenle bozunma kinetikleri birinci dereceden reaksiyon
hız denklemine uyan radyoaktif maddelerin, başlangıç derişimleri bilinmemesi-
ne rağmen; şu andaki miktarları belirlenerek eski eserlerin, kayaların yaş tayinleri
yapılabilmekte veya elde mevcut radyoaktif bir maddenin ne kadar süre sonra
miktarının belli bir değerin altına düşeceği hesaplanabilmektedir.
Çözümlü Soru 4
Birinci dereceden bir reaksiyonda, reaksiyon başladıktan 460 s sonra reaktantın
%10'unun geriye kaldığı görülmüştür. Bu reaksiyonun deney sıcaklığındaki re-
aksiyon hız sabitini bulunuz.
AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ
144 KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ
Cevap
ln [A] = - kt + ln [A]0
A
ln = - kt
A0
ln 0,1 = - (k) (460 s)
k = 0,0050 s-1 = 5,0 x 10-3 s-1
6.2. İkinci Dereceden Reaksiyon Hız Denklemi
İkinci dereceden bir reaksiyonun hızı, bir bileşenin veya iki bileşenin derişimlerine
! bağlı olabilir.
O halde ikinci dereceden bir reaksiyonun hız denklemi
r = k [A]2 veya r = k [A] [B]
İkinci dereceden reaksi-
yonlar için hız sabitinin şeklindedir. Kinetiği ikinci dereceden reaksiyon hız denklemine uyan bir reak-
birimi lt/mol.zaman'dır.
siyonun reaksiyon hız sabitinin birimi 1/(derişim zaman) yani lt /(mol s),
lt /(mol dak) . şeklindedir.
2A B+C
Yukarıda verilene benzer bir basit reaksiyon için reaksiyon hız denklemi
d A 2
- =k A
dt
olur. Başlangıçtan belli bir t anına kadar bu eşitliğin integrali alındığında
1 = kt + 1
A A0
elde edilir. Bu ifade eğimi k olan bir doğru denklemidir. Deneysel olarak ikinci
dereceden bir reaksiyonun, reaktantının derişimi belli sürelerde ölçülürse ve elde
edilen veri t'ye karşı 1/[A] olarak grafiğe geçirilirse Şekil 8.4'deki gibi bir doğru
grafiği elde edilir. Bu grafiğin eğiminden reaksiyon hız sabiti (k) hesaplanabi-
lir. Ayrıca grafikten belli bir t anındaki 1/[A] okunarak bileşenin o andaki de-
rişimi bulunabilir.
ANADOLU ÜNİVERSİTESİ
KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ 145
Şekil 8.4: İkinci Dereceden Bir Reaksiyon İçin t'ye Karşı 1/[A] Grafiği
Çözümlü Soru 5
İkinci dereceden bir reaksiyon için hız sabiti 0,186 lt mol-1 s-1 olarak belirlen-
miştir. Bu reaksiyonda reaktant derişiminin 0,0671 M'dan 0,0125 M'a düşmesi için
başlangıçtan itibaren ne kadar süre geçer.
Cevap
1 = kt + 1
A A0
1 = 0,186 lt mol-1 s-1 t + 1
-1
0,0125 mol lt 0,0671 mol lt -1
t = 350 s
6.3. Sıfırıncı Dereceden Reaksiyon Hız Denklemi
Sıfırıncı dereceden bir reaksiyonun hızı reaktant derişiminden bağımsızdır. Bu ne-
denle reaksiyon hızı zamanla değişmez sabit kalır. !
r=k
Sıfırıncı dereceden bir reaksiyon için hız denklemi
d A
- =k
dt
olur. Başlangıçtan belli bir t anına kadar hız denkleminin integrali alındığında
[A] = - kt + [A]o
elde edilir.
AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ
146 KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ
7. Reaksiyon Hızlarını Etkileyen Faktörler
7.1. Sıcaklık
Daha önce belirttiğimiz gibi bir reaksiyonun daha yüksek sıcaklıkta yürütülmesi
ortamdaki yüksek enerjili moleküllerin sayısını veya kesrini arttıracağından so-
nuçta reaksiyon hızı artar.
* Svante A. Arrhenius
(1859-1927) Elektrokimya Reaksiyon hız sabiti ile sıcaklık arasındaki ilişki Arrhenius* tarafından bulun-
ve Fizikokimya alanların-
da çok önemli çalışmalar muş ve bu ilişkiyi veren denklem "Arrhenius denklemi" olarak bilinir. Arrhenius
yapan İsveçli bilim adamı. denklemi aşağıdaki ifade ile
k = A e- Ee/RT
veya düzenlenmiş şekliyle verilebilir.
ln k = - Ee + ln A
RT
Burada k ; reaksiyon hız sabiti, Ee ; etkinleşme (aktivasyon) enerjisi, A ; bir sa-
bittir. İki farklı sıcaklıktaki hız sabitleri için bu denklem
ln k2 = - Ee 1 - 1
k1 R T2 T1
halinde düzenlenebilir. Bu denklem yardımıyla belli sıcaklıklarda reaksiyon hız
sabitleri bilinen reaksiyonların etkinleşme enerjileri veya etkinleşme enerjisi ve
belli sıcaklıkta reaksiyon hız sabiti bilinen reaksiyonun başka bir sıcaklıktaki
hız sabiti hesaplanabilir.
Çözümlü Soru 6
Bir reaksiyonun 298 K' daki reaksiyon hız sabiti 3,02 x 10-2 s-1 olarak belirlen-
miştir. Bu reaksiyonun etkinleşme enerjisinin 125 kj mol-1 olduğu bilindiğine
göre reaksiyonun 325 K 'daki hız sabitini hesaplayınız. (R = 8,314 JK-1mol-1 ).
Cevap
ln k2 = - Ee 1 - 1
k1 R T2 T1
3 -1
ln k2 = - 125 x 10 J mol 1 - 1
-2 -1 -1 -1 325 K 298 K
3,02 x 10 s 8,314 JK mol
ln k2 = 4,191
3,02 x 10-2 s-1
k2 = e4,191
-2 -1
3,02 x 10 s
k2 = 3,02 x 10-2 s-1 66,118 = 2,0 s-1 (325 K)
ANADOLU ÜNİVERSİTESİ
KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ 147
7.2. Katalizör Kullanımı
Endüstriyel açıdan önemli olan bazı kimyasal reaksiyonların hızı ekonomik bir
üretim için yeteri kadar yüksek olmayabilir. Bu nedenle bu tür reaksiyonlarda "ka-
talizör" olarak adlandırılan maddeler kullanılarak, reaksiyonların (ortamda ka-
talizör bulunmadığı duruma göre) çok daha kısa sürede dengeye ulaşması sağla-
nır.
Katalizörlerin görevleri ve özelliklerine ilişkin şu genellemeler yapılabilir:
• Bir reaksiyonda katalizör kullanımı, reaksiyonun katalizlenmesidir.
• Katalizör, ortama reaktantlara göre çok az miktarda konulur ve reaksiyon
sırasında tüketilmediğinden reaksiyon sonunda aynen açığa çıkar.
• Katalizör yürümeyen bir reaksiyonu yürür hale getiremez.
• Katalizör reaksiyonun denge konumunu değiştirmez ve reaksiyonu sadece
katalizlenmemiş reaksiyon için gerekli olan Ee 'den daha düşük bir Ee 'ne
sahip bir yoldan yürütür (Şekil 8.5). Yani katalizlenmiş ve katalizlenme-
miş reaksiyonlar farklı iki yoldan yürüyen reaksiyonlardır. Bu bir kişinin
bir tepenin diğer tarafına en yüksek noktasından geçen bir yol yerine yama-
cından giden bir yolla gitmesi gibidir.
Şekil 8.5: Bir Reaksiyonun Katalizlenmiş ve Katalizlenmemiş Durumlarında
Reaksiyon Koordinatına Göre Potansiyel Enerji Değişimi
• Katalizörler genel olarak her reaksiyon için özeldirler. Bir reaksiyon için
reaksiyonu çok iyi katalizleyen bir katalizör, benzer reaktantları içeren bir baş-
ka reaksiyon için iyi bir katalizör olmayabilir.
• Katalizörler genelde homojen ve heterojen katalizörler olarak ikiye ayrılır-
lar. Homojen katalizörler, reaktant ve ürünler ile aynı fazdadır. Heterojen
katalizörler ise, reaktant ve ürünlerden farklı fazda bulunurlar ve genellikle
katıdırlar. Bu nedenle reaksiyon heterojen katalizörün yüzeyinde yürür ve
reaksiyon sonunda katalizörlerin ortamdan ayırılmaları kolaydır. Hetero-
jen katalizörler birim kütlelerindeki yüzeyi arttırmak için, mümkün olduğu
kadar ufalanmış (öğütülmüş) halde ve genellikle endüstriyel ölçekli üretim-
lerde kullanılırlar.
AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ
148 KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ
Çözümlü Soru 7
Katalizör için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
• Sıcaklığı düşürerek reaksiyonun kendiliğinden yürümesini sağlar.
• Ortamda bulunmadığı zaman yürümeyen reaksiyonu yürür hale getirebilir.
• Reaksiyonun denge konumunda değişmeye neden olur.
• Reaksiyonun etkinleşme (aktivasyon) enerjisinde azalmaya neden olur.
• Reaksiyonu daha ekzotermik yapar.
Cevap
Katalizör reaksiyonun etkinleşme (aktivasyon) enerjisinde azalmaya neden olur.
7.3. Heterojen Reaksiyonlarda Temas (Kontak) Yüzeyi
Homojen kimyasal reaksiyonlarda, reaksiyonlar aynı fazda bulunan reaktantlar ara-
! sında yürüdüğünden, reaktant molekülleri her an birbiriyle çarpışabilmektedir.
Ayrı fazlarda, özellikle katı-sıvı ve katı-gaz fazlarında reaktantları bulunan heterojen re-
! aksiyonlarda ise, reaksiyon hızı bu reaktantların birbirleriyle olan etkileşme sayısına ve-
ya sıklığına bağlıdır ve bu sayı etkileşmenin gerçekleştiği temas (kontak) yüzeyi ile
doğru orantılı olarak değişmektedir.
Örneğin demir metali H2SO4 çözeltisi içine atılırsa
Fe (k) + H2SO4 (sulu) H2 (g) + FeSO4 (sulu)
reaksiyonu gereği H2 gazı ve FeSO4 (sulu) oluşur. Burada reaksiyonun hızı
demirin yüzeyinin büyüklüğüne bağlı olacaktır. Eğer demir metali öğütülüp or-
tama konursa reaksiyon için elde edilen temas alanı, demiri tek bir parça olarak or-
tama koyduğumuzda elde edilen temas alanından daha büyük olur.
! Sonuçta demirin öğütülüp, küçük parçalar halinde ortama konduğu reaksiyonun daha
hızlı yürüdüğü ve daha kısa sürede tamamlandığı gözlenir.
Özet
• Kimyasal kinetik, reaksiyonların dengeye ulaşmadan önceki "kinetik" süreç sı-
rasındaki hızını, mekanizmasını ve bunlara çeşitli faktörlerin etkisini inceler.
• Reaksiyon mekanizması, bir reaksiyonda reaktantlardan ürün oluşması sırasın-
da gerçekleşen basit reaksiyonlar dizisidir.
ANADOLU ÜNİVERSİTESİ
KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ 149
• Basit reaksiyonlar reaktantların birbiri ile çarpışarak ürünler verdiği reaksiyonlar-
dır.
• Bir çarpışma sonucu reaktantlardan ürün oluşabilmesi için, reaktantların yeterli
kinetik enerjiye sahip olması ve çarpışmanın uygun geometride olması gerekir.
Bu özelliklere sahip çarpışmalar etkin çarpışma olarak adlandırılır ve etkin çarpış-
maların ancak bir kısmı ürün oluşturabilir.
• Etkin çarpışma sırasında etkinleşmiş (aktifleşmiş) kompleks adı verilen yük-
sek potansiyel enerjili kararsız bir ara bileşik oluşur.
• Etkinleşmiş kompleksin potansiyel enerjisi ile reaktantların potansiyel enerjisi ara-
sındaki fark "etkinleşme enerjisi" olarak bilinir ve reaktantların ürünler vermek
üzere aşması gereken bir enerji engeli olarak değerlendirilebilir.
• Reaksiyon hızı (r), birim zamanda bir reaktant veya bir ürünün derişimindeki de-
ğişimdir.
• Bir reaksiyonun hız denklemi
r = k [A] a [B] b .
şeklinde yazılabilir. Denklemdeki k, reaksiyon hız sabitidir. Derişim terimlerinde-
ki üstel sayılar ise reaksiyon mekanizmasına bağlı olan ancak reaksiyon sto-
kiyometrisine bağlı olmayan genellikle artı veya eksi tam ve yarı tam sayılardır.
• Reaksiyon hız denklemindeki üstel sayıların toplamı reaksiyonun toplam derece-
sini (mertebesini) ve sayıların herbiri ait olduğu bileşenin o reaksiyondaki derecesini
(mertebesini) verir.
• Katalizörler reaksiyonun etkinleşme enerjisini düşürerek reaksiyonun dengeye
daha kısa sürede ulaşmasını sağlayan ve reaktanta göre çok az miktarda kullanılan
maddelerdir.
Değerlendirme Soruları
Aşağıdaki soruların yanıtlarını seçenekler arasından bulunuz.
1. "Ara ürün" için aşağıdaki yargılardan hangileri doğrudur?
I. Reaktantlardan veya ürünlerden biridir
II. Reaksiyonun yürüyüşü sıradan üretilir ve daha sonraki bir basamakta
tüketilir.
III. Ürünler arasında bulunmaz
A. I
B. I, II ve III
C. I ve III
D. II ve III
E. I ve II
AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ
150 KİMYASAL REAKSİYONLARDA HIZ
2. 2 ICl (g) + H2 (g) 2 HCl (g) + I2 (g) reaksiyonunun aşağıdaki iki
basit reaksiyondan oluştuğu düşünülmektedir.
Yavaş
ICl + H 2 HI + HCl
Hızlı
HI + ICl I 2 + HCl
Bu reaksiyon için hız denklemi aşağıdakilerden hangisi olabilir?
2
A. r = k ICl H2
B. r = k ICl H 2
2
Cl I2
C. r = k
2
ICl H2
D. r = k HI ICl
E. r = k H 2
3. Reaksiyon hızının birimi aşağıdakilerden hangisidir?
A. s-2
B. s-1
C. mol lt-1 s-1
D. lt mol-1 s-1
E. mol lt-1
4. 2H2 O2 (sulu) 2H2 O (s) + O2 (g) reaksiyonu için hız denklemi
r = k [ H2 O2] olduğuna göre, reaksiyonun derecesi aşağıdakilerden hangi-
sidir?
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
E. 5
5. H2 O2 (sulu) nun 300 K 'de 75 dakikada %60,4 'ünün parçalandığı bulun-
muştur. Reaksiyonun birinci dereceden olduğu bilindiğine göre reaksiyon
hız sabiti aşağıdakilerden hangisidir?
A. 0,604 dak-1
B. 1,34 x 10-4 dak-1
C. 1,24 x 10-2 dak-1
D. 1,12 x 10-4 dak-1
E. 0, 805 dak-1
ANADOLU ÜNİVERSİTESİ
KİMYASAL REAKSİYONLARDA HI 151
6. Birinci dereceden bir reaksiyonun yarılanma ömrü 416 saniyedir. Reaktan-
tın başlangıç derişimi 0,250 mol/lt olduğuna göre bu derişim ne kadar süre
sonra 0,040 mol/lt ye düşer?
A. 0,693 s
B. 288,3 s
C. 1200 s
D. 975 s
E. 1100 s
7. A + 2B C için r = k [A] ise aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A. log [A] = k/t
B. 1/[A] = kt
C. t1/2 = 1/[A]0 k
D. t1/2 = 0,693/k
E. log [A] = - kt
8. Bir reaksiyonun 298 K ve 373 K 'de reaksiyon hız sabitleri sırayla
0,0450 s-1 ve 20,1 s-1 dir. Reaksiyonun etkinleşme enerjisi aşağıdakilerden
hangisidir?
A. 112,8 kJ
B. 75,2 kJ
C. 50,4 kJ
D. 45,1 kJ
E. 30,3 kJ
9. 2A B için r = k [A]2 dir. A'nın başlangıç derişimi 0,0500 mol/lt
, hız sabiti 0,150 lt mol-1 s-1 ise 1200 s sonra A'nın derişimi aşağıdakiler-
den hangisidir?
A. 0,005 mol lt-1
B. 0,025 mol lt-1
C. 0,033 mol lt-1
D. 0,004 mol lt-1
E. 0,002 mol lt-1
10. Bir basit reaksiyonun etkinleşme enerjisi 50 kJ mol-1'dur. Bu reaksiyonun
tersinin etkinleşme enerjisi ise 68 kJ mol-1 olduğuna göre reaksiyonun en-
talpisi aşağıdakilerden hangisidir?
A. 50 kJ mol-1
B. 68 kJ mol-1
C. -18 kJ mol-1
D. -50 kJ mol-1
E. 18 kJ mol-1
AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ
Değerlendirme Sorularının Yanıtları
1. D 2. B 3. C 4. B 5. C 6. E 7. D 8. B 9. A 10. C
ANADOLU ÜNİVERSİTESİ

Bugün 40 ziyaretçi (51 klik) kişi burdaydı!
=> Sen de ücretsiz bir internet sitesi kurmak ister misin? O zaman burayı tıkla! <=