KMYASAL REAKSYONLARDA KTLE LKS plak gzle grlebilen en
KİMYASAL REAKSİYONLARDA KÜTLE İLİŞKİSİ
Çıplak gözle görülebilen en küçük parçacıkta 1016 adet atom bulunur. Bu nedenle atom ağırlıkları oransal olarak ifade edilir. Atomlar ve Moleküller Mikro Dünya ATOM KÜTLESİ: Atomların kütlesi (ağırlığı) atomik kütle birimi (akb) cinsinden ifade edilir. 12 C atomunun kütlesinin 1/12 si 1 “akb” olarak adlandırılır Kütle no (A) C atomunun Proton sayısı = 6 Atom no (Z) Nötron sayısı = 6 2
• C-12 nin atom kütlesinin 12 akb olarak kabul edilmesi diğer atomların kütlelerinin hesabında standart oluşturur. • Deneyler göstermiştir ki; 1 hidrojen atomunun kütlesi C atomunun %8, 400 ü kadardır. • Bu durumda 1 C atomu 12 akb olduğuna göre 1 hidrojen atomu (8, 400/100) 0, 084 x 12 = 1, 008 akb Bu skalaya göre: 1 H = 1, 008 akb 16 O 56 Fe = 56, 000 akb = 16, 00 akb 3
ORTALAMA ATOM KÜTLESİ: Bir elementin atom kütlesi doğal olarak bulunan izotoplarının ortalama kütlesidir. Karbonun iki farklı izotopu vardır: Karbon-12 ve Karbon 13 bu iki izotopun doğada bulunma yüzdeleri de sırasıyla %98, 90 ve %1, 10 dur. Böylece Doğal Karbonun Ortalama Kütlesi = (0, 9890)(12, 00000 akb)+(0, 0110)(13, 00335) = 12, 01 akb olarak bulunur 4
ÖRNEK: Eski zamanlardan beri bilinen Bakır (Cu) elektrik kablolarında ve madeni para yapımında kullanılır. Bilinen iki kararlı izotopu vardır. %69, 09 (62, 9300 akb) %30, 91 (64, 9278 akb) Bakırın Ortalama Atom Kütlesi: (0, 6909)(62, 93 akb)+(0, 3091)(64, 9278 akb) = 63, 35 akb 5
Doğal olarak bulunan Li: 7. 42% 6 Li (6. 015 akb) 92. 58% 7 Li (7. 016 akb) Lityumun Ortalama Atom Kütlesi: (0, 9258)(7, 016)+(0, 0742)(6, 015) = 6, 941 akb 6
Ortalama Atom Kütlesi (6, 941) 7
BİR ELEMENTİN MOL KÜTLESİ VE AVAGADRO SAYISI • Atomlar çok küçük olduğundan tartılabilecak kadar atom çok fazla sayıda olmalıdır. • Belirli sayıdaki nesneleri ifade etmek için kullanılan özel ifadeler vardır; düzine ve çift gibi Düzine = 12 adet Çift = 2 adet Kimyada atom ve moleküllerin tanecik sayısını ifade etmek için kullanılan birim “mol” dür 8
MOL: SI sisteminde 12. 00 gram 12 C (karbon-12) izotopunun içerdiği atom sayısı kadar elementsel parçacığa (atom, molekül, iyon) 1 mol denir. 1 mol = NA = 6. 0221367 x 1023 parçacıktır 6, 02 x 1023 Avogadro Sayısı (NA) 1 mol 12 C atom = 6, 022 x 1023 atom = 12, 00 g 1 12 C atom = 12, 00 akb Maddenin bir molünün kütlesine o elementin “molar kütlesi” denir. 12, 00 g karbon-12 = 6, 22 x 1023 C-12 = 1 mol C-12 9
Bir Mol S C Hg Cu Fe 10
1 12 C atom 12, 00 g x 12, 00 akb 6, 022 x 1023 12 C atom 1, 66 x 10 -24 g = 1 akb = 1, 66 x 10 -24 g veya 1 g = 6, 022 x 1023 akb M = mol kütlesi in g/mol NA = Avogadro sayısı 11
ÖRNEK: 0, 551 g potasyumda (K) kaç atom vardır ? 1 mol K = 39, 10 g K 1 mol K = 6, 022 x 1023 atom K 1 mol K 6, 022 x 1023 atom K 0, 551 g K x x = 1 mol K 39, 10 g K 8, 49 x 1021 atom K 12
ÖRNEK: Endüstride, derin deniz dalma tanklarında ve balonlarda kullanılan bir gaz olan He’un 6, 46 g’ı kaç moldür ? (He: 4, 003 g/mol) 6, 46 / 4, 003 = 1, 61 mol dür. ÖRNEK: Bir Cu-Zn alaşımı olan princin yapısında yer alan ve korozyonun önlenmesi amacıyla demir kaplamalarda kullanılan Zn’nun 0, 356 molü kaç gramdır? (Zn: 65, 39 g/mol) 0, 356 x 65, 39 = 23, 3 g dır. ÖRNEK: Bir ametal olan ve asit yağmurlarının başlıca nedenini oluşturan kükürtün 16, 3 gramında kaç atom vardır? (S: 32, 07 g/mol) (16, 3 / 32, 07) x 6, 02. 1023 = 3, 06. 1023 S atomu vardır. 13
Molekül Kütlesi (veya molekülağırlığı) bir moleküldeki Atom kütlelerinin (akb) toplamıdır. 1 S SO 2 2 O SO 2 32. 07 akb + 2 x 16. 00 akb 64. 07 akb Herhangi bir molekülde molekül kütlesi (akb) = molar kütlesi (gram) 1 molekül SO 2 = 64. 07 akb 1 mol SO 2 = 64. 07 g SO 2 14
ÖRNEK: C vitamini olarak da bilinen askorbik asidin (C 6 H 8 O 6) molekül kütlesini hesaplayınız. (C: 12, 01 ; H: 1, 008, O: 16, 00) C 6 H 8 O 6 in molekül kütlesi = 6 x(12, 01)+8 x(1, 008)+6 x(16, 00) = 176, 12 akb Bir bileşiğin mol kütlesi onun molekül kütlesine eşit olduğundan 1 mol yani 6, 02 x 1023 tane C 6 H 8 O 6 molekülü 176, 12 gramdır. ÖRNEK: Metan (CH 4) doğal gazın başlıca bileşenidir. 6, 07 g CH 4 kaç moldür? (C: 12, 01 g/mol; H: 1, 008 g/mol) CH 4 ün mol kütlesi 12, 01+4 x(1, 008)=16, 04 g 6, 07 / 16, 04 = 0, 378 mol dür. 15
25, 6 g ürede (NH 2)2 CO de kaç H atomu vardır ? (Ürenin mol kütlesi = 60, 06 g dır) 25, 6 g üre 4 mol H atom 6, 022 x 1023 H atom 1 mol üre x x x = 1 mol üre 1 mol H atom 60, 06 g üre 1, 03 x 1024 atom H Aynı şekilde hesaplandığında 1 mol ürede: 1, 03 x 1024 adet H atomu 5, 15 x 1023 adet N atomu 2, 58 x 1023 adet O atomu ve C atomu olduğu bulunur. 16
72, 5 g C 3 H 8 O de kaç H atomu vardır ? 1 mol C 3 H 8 O = (3 x 12) + (8 x 1) + 16 = 60 g C 3 H 8 O 1 mol C 3 H 8 O molekülünde = 8 mol H atom 1 mol H = 6, 022 x 1023 atom H içerir. 1 mol C 3 H 8 O 8 mol H atom 6, 022 x 1023 H atom 72, 5 g C 3 H 8 O x x x = 1 mol C 3 H 8 O 1 mol H atom 60 g C 3 H 8 O 5, 82 x 1024 atom H 17
Formül kütlesi bir iyonik bileşikteki atomik kütlelerin (akb cinsinden) toplamıdır. 1 Na Na. Cl 22, 99 akb 1 Cl + 35, 45 akb Na. Cl 58, 44 akb Herhangi bir iyonik bileşikte formül kütlesi (akb) = molar kütle (gram) 1 formül birim Na. Cl = 58, 44 akb 1 mol Na. Cl = 58, 44 g Na. Cl 18
ÖRNEK: Ca 3(PO 4)2’ın formül kütlesini hesaplayınız 1 formül birim Ca 3(PO 4)2 3 Ca 3 x 40, 08 2 P 2 x 30, 97 8 O + 8 x 16, 00 310, 18 akb 19
BİLEŞİKLERİN YÜZDE BİLEŞİMİ Bir element yada bileşiğin Yüzde bileşimi bir bileşikteki her elementin ağırlıkça yüzdesine denir. n x elementin mol kütlesi Bileşiğin mol kütlesi x 100% ÖRNEK: 1 mol H 2 O 2 (hidrojen peroksit) in % bileşimini bulunuz. (H: 1, 008; O: 16, 00) 2 x (1, 008 g) %H = x 100% = % 5, 926 34, 02 g 2 x (16, 00 g) %O = x 100% = % 94, 06 34, 02 g % 5, 926 + % 94, 06 = % 99, 99 20
ÖRNEK: Fosfat asidi (H 3 PO 4) deterjan, gübre, diş macunu, karbonatlı içeceklerde kullanılan bir bileşiktir. Bileşikteki elementlerin % bileşimini hesaplayınız 3 x (1, 008 g) %H= x 100% = % 3, 86 97, 99 g %P= 30, 97 g) 97, 99 g %O= 4 x (16, 00) x 100% = % 65, 31 97, 99 g x 100% = % 31, 61 % 3, 86 + % 31, 61 + % 65, 31 = % 100, 01 21
YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER 2 x (12, 01 g) ÖRNEK %C = x 100% = 52, 14% 46, 07 g 6 x (1, 008 g) x 100% = 13, 13% 46, 07 g 1 x (16, 00 g) %O = x 100% = 34, 73% 46, 07 g %H = C 2 H 6 O 52, 14% + 13, 13% + 34, 73% = 100, 0% Aynı yöntemle işlemin tersini de yapabiliriz yani % bileşimi bilinen bir bileşiğin ampirik (deneysel) formülü de bulunabilir. 22
YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER ÖRNEK: Askorbik asit kütlece; % 40, 92 C, 1 % 4, 58 H, % 54, 50 O içermektedir. Buna göre maddenin deneysel formülünü bulunuz. 2 (1) Başlangıçtaki askorbik asit 100 g olarak kabul edilirse, bileşikte 40, 92 g C, 4, 58 g H ve 54, 50 g O var demektir. (2) Her bir elementin kütlesi atom kütlesine bölünerek mol sayıları bulunur. 3 4 n. C= 40, 92 g 12, 01 = 3, 407 mol C n. H= 4, 58 g 1, 008 = 4, 54 mol H n. C= 54, 50 g 16, 00 g = 3, 406 mol O 23
YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER (3) Alt indisler rakamalrın en küçüğüne bölünür. C: (3, 407 / 3, 406) = 1 H: (4, 54 / 3, 406) = 1, 33 O: 3, 406 / 3, 406 = 1 (4) Alt indislerin tam sayı olması gerektiği unutulmamalıdır. Bu nedenle 1, 33 ü tam sayıya çevirmeliyiz. (1, 33 x 3=3, 99) olacağından formüldeki diğer alt indisler de 3 ile çarpılmalıdır. SONUÇ: C 3 H 4 O 3 olacaktır. (Askorbik asidin gerçek formülü ise C 6 H 8 O 6 dır. ) 24
YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER Aşağıda kütlece % bileşimi verilen bileşiğin ampirik formülünü bulunuz % K 24, 75, % Mn 34, 77, % O 40, 51 1 mol K n. K = 24, 75 g K x = 0, 6330 mol K 39, 10 g K n. Mn= 34, 77 g Mn x 1 mol Mn = 0, 6329 mol Mn 54, 94 g Mn n. O = 40, 51 g O x 1 mol O = 2, 532 mol O 16, 00 g O 25
YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER n. K = 0, 6330, n. Mn = 0, 6329, n. O = 2, 532 0, 6330 ~ K: ~ 1. 0 0, 6329 = 1. 0 Mn : 0, 6329 2, 532 ~ O: ~ 4. 0 0, 6329 KMn. O 4 26
YÜZDE BİLEŞİM ve AMPİRİK FORMÜLLER Bir maddedeki elementin kütlece % bileşimi biliniyorsa bir bileşiğin belirli kütlesindeki bir elementin gerçek kütlesi de bulunabilir. ÖRNEK: Kalkoprit (Cu. Fe. S 2) başlıca bakır cevheridir. 3, 7 ton kalkopritteki Cu miktarını kg olarak hesaplayınız. (Cu: 63, 55; Cu. Fe. S 2: 183, 5) % Cu = (63, 55 / 183, 5) x 100 = % 34, 63 Örnekteki Cu kütlesi = 0, 3463 x 3, 7. 103 kg = 1, 28. 103 kg 27
KABA FORMÜLLERİN DENEYSEL BULUNMASI Yukarıdakine benzer bir düzenek yardımıyla etanol yakılarak yanma sonucu oluşan CO 2 ve H 2 O düzenek yardımıyla absorplanır. Oluşan CO 2 ve H 2 O miktarı absorban kütlesindeki artıştan bulunur. 28
Örneğin 11, 5 gram etanolün yanması sonucu 22, 0 g CO 2 ve 13, 5 g H 2 O açığa çıkmış ise: C kütlesi = (22, 0 / 44, 01) x 12, 01 = 6, 0 g C 0, 5 mol CO 2 1 mol CO 2 = 1 mol C H kütlesi = {(13, 5 / 18, 02) x 2} x 1, 008 = 1, 5 g H 1 mol H 2 O = 2 mol H 0, 75 mol H 2 O için 1, 5 mol H Bileşik kütlesinden arda kalan O den gelmelidir. O halde O kütlesi = 11, 5 – (6, 0 + 1, 5) = 4, 0 g 29
Bileşikte 4, 0 / 16, 0 = 0, 25 mol O vardır. Bileşikteki elementlerin mol oranlarını bulmak için elde edilen mol sayıları en küçük değer olan 0, 25 e bölünür. C= (0, 5 / 0, 25)= 2 H= (1, 5 / 0, 25) = 6 O= (0, 25 / 0, 25) = 1 Bileşiğin ampirik (deneysel, kaba) formülü C 2 H 6 O olarak bulunur. Bileşiğin gerçek yani “moleküler formülü”nü saptamak için bileşiğin yaklaşık mol kütlesine ihtiyaç vardır. 30
ÖRNEK: Azot (N) ve oksijen (O) den oluşan bir bileşik, 1, 52 g N ve 3, 47 g O içermektedir. Bu maddenin mol kütlesi 90 g ile 95 g arasındadır. Bu maddenin molekül formülünü ve mol ağırlığını bulunuz. n N=(1, 52 / 14, 01) = 0, 108 mol n O=(3, 47 / 16, 00) = 0, 217 mol 0, 108 / 0, 108 = 1; 0, 217 / 0, 108 = 2, 009 ve bileşiğin ampirik formülü NO 2 dir. Bileşiğin kaba mol kütlesi = 14, 01 + 2 x(16, 00) = 46, 02 Olacağından 95 / 46, 02 = 2, 1 dir ve bileşiğin gerçek formülü N 2 O 4 tür. 31
KİMYASAL REAKSİYONLAR ve KİMYASAL DENKLEMLER Bir maddenin (veya maddelerin) bir veya daha fazla yeni maddeye dönüşmesine “kimyasal reaksiyon” adı verilir. Bu reaksiyonun kimyasal simgeler ve katsayıları ile ifade dilmesine ise “kimyasal denklem” denir. reaktifler ürünler (girdiler) 32
Bir kimyasal denklem mutlaka denk olmalıdır. Yani her tür atomdan ok işaretin her iki tarafında da aynı sayıda olmalıdır. 2 H 2 (g) + O 2 (g) H 2 O (s) Bir kimyasal denklemin anlamı: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O İki molekül + bir molekül 2 mol + 1 mol 2 x(2, 02)=4, 04 g + 32 g 2 x(18, 02)=36, 04 g Reaktifler Σ 36, 04 g Ürünler Σ 36, 04 g 33
KİMYASAL DENKLEMLERİN DENKLEŞTİRİLMESİ 1. Tüm reaktif ve ürünler saptanıp ok işaretinin her iki tarafına doğru olarak yazılır. Etan oksijen ile reaksiyona girerek karbondioksit ve su oluşturur. C 2 H 6 + O 2 CO 2 + H 2 O 2. Formüllerin önündeki sayıları (katsayı) ok işaretinin her iki tarafındaki atom sayıları aynı olacak şekilde yerleştiriniz. DOĞRU 2 C 2 H 6 YANLIŞ C 4 H 12 34
KİMYASAL DENKLEMLERİN DENKLEŞTİRİLMESİ 3. Önce denklemin her iki tarafında bir kez görülen elementten başlanır. C 2 H 6 + O 2 2 karbon solda C 2 H 6 + O 2 6 hidrojen solda C 2 H 6 + O 2 Denklemi denkleştirmeye CO 2 + H 2 O O ile değil C veya H ile başlanır 1 karbon sağda CO 2 2 ile çarpılır 2 CO 2 + H 2 O 2 hidrojen sağda 2 CO 2 + 3 H 2 O 3 ile çarpılır 35
KİMYASAL DENKLEMLERİN DENKLEŞTİRİLMESİ 4. Denklemin her iki tarafında birden çok görülen elementler denkleştirilir. C 2 H 6 + O 2 2 oksijen solda 2 CO 2 + 3 H 2 O O 2 7 2 İle çarpılır 4 oksijen + 3 oksijen = 7 oksijen (3 x 1) sağda (2 x 2) C 2 H 6 + 7 O 2 2 2 CO 2 + 3 H 2 O 2 C 2 H 6 + 7 O 2 4 CO 2 + 6 H 2 O Denklemin her iki tarafı 2 ile çarpılıp bölümden kurtulunur. 36
KİMYASAL DENKLEMLERİN DENKLEŞTİRİLMESİ 5. Denklem kontrol edilerek her iki taraftaki tüm elementlerin sayılarının eşit olduğundan emin olunur. 2 C 2 H 6 + 7 O 2 4 CO 2 + 6 H 2 O 4 C (2 x 2) 4 C 12 H (2 x 6) 12 H (6 x 2) 14 O (7 x 2) 14 O (4 x 2 + 6) Reaktifler 4 C 12 H 14 O Ürünler 4 C 12 H 14 O 37
REAKTİF ve ÜRÜNLERİN MİKTARLARI 1. Denkleştirilmiş kimyasal reaksiyonlar yazılır. 2. Miktarı bilinen maddeler mole çevrilir. 3. Problemde aranan veya bilinmeyen miktarların mol sayılarının hesaplanması için denkleştirilmiş denklemdeki katsayılar kullanılır. 4. Hesaplanmış mol sayıları ve mol kütleleri kullanılarak bilinmeyenlerin miktarı istenilen birime çevriilir. 5. Cevap kontrol edilir. 38
ÖRNEK: Metanol aşağıdaki denkleme göre yanıyor 2 CH 3 OH + 3 O 2 2 CO 2 + 4 H 2 O Yanma reaksiyonu için 209 g metanol kullanılırsa kaç gram su oluşur? gram CH 3 OH 209 g CH 3 OH x Mol CH 3 OH Mol H 2 O Gram H 2 O 4 mol H 2 O 18. 0 g H 2 O 1 mol CH 3 OH = x x 32. 0 g CH 3 OH 1 mol H 2 O 2 mol CH 3 OH 6, 53 mol CH 3 OH 2 mol CH 3 OH den 4 mol H 2 O oluşur 235 g H 2 O 39
SINIRLAYAN MADDE Reaksiyonda ilk tüketilen maddeye “sınırlayan madde” denir. 2 NO + O 2 2 NO 2 NO sınırlayan madde O 2 aşırı madde Miktarı sınırlayan madde ile Reaksiyon için gerekli olandan fazla olan maddeye “aşırı madde” denir 40
Bir reaksiyonda, 124 g Al 601 g Fe 2 O 3 ile reaksiyona giriyor 2 Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2 Fe 0 luşan Al 2 O 3 miktarını hesaplayınız. g Al g Fe 2 O 3 124 g Al x mol Al mol Fe 2 O(gereken) mol Fe 2 O 3 1 mol Al 27. 0 g Al x g Fe 2 O 3(gereken yada mol Al(gereken) 1 mol Fe 2 O 3 2 mol Al 160. g Fe 2 O 3 = x 1 mol Fe 2 O 3 g Al(gereken) 367 g Fe 2 O 3 124 g Al için 367 g Fe 2 O 3 gerekir Daha fazla Fe 2 O 3 (601 g) olduğundan Al sınırlayan reaktiftir. 41
Sınırlayan reaktifi kullanarak (Al) oluşan ürünü hesaplayınız g Al mol Al 2 O 3 2 Al + Fe 2 O 3 124 g Al x 1 mol Al 27. 0 g Al x 1 mol Al 2 O 3 2 mol Al g Al 2 O 3 + 2 Fe 102. g Al 2 O 3 = x 1 mol Al 2 O 3 234 g Al 2 O 3 Bu noktada, Al tamamen tükenir Fe 2 O 3 fazlası kalır. 42
REAKSİYON VERİMİ Teorik verim: Bir reaksiyonda sınırlayan maddenin tamamının reaksiyona girmesi sonucu oluşan ürün miktarına teorik verim denir. Gerçek verim: Pratikte gerçek verim bir tepkimede gerçek olarak Elde edilebilir ürün miktarıdır. % Verim = Gerçek verim Teorik verim x 100% 43
Ti. Cl 4 (g) + 2 Mg (s) Ti (k) + 2 Mg. Cl 2 Reaksiyonu gereği bir işlemde 3, 54 x 107 g Ti. Cl 4 ile 1, 1 x 107 g Mg’un reaksiyonu sonucunda (a)Ti için teorik verim ? (b) gerçekte 7, 91 x 106 g Ti elde edildiğine göre gerçek verim ? n Ti. Cl 4 = 3, 54 x 107 / 189, 7 = 1, 87 x 105 mol n Mg = 1, 13 x 107 / 24, 31 = 4, 65 x 105 mol 1 mol Ti. O 2 ~ 2 mol Mg 1, 87 x 105 mol için 2 x 1, 87 x 105 mol=3, 74 x 105 Mg yeterli miktardan fazla olduğuna göre Ti. Cl 4 sınırlayan Mg aşırı maddedir. Oluşan Ti kütlesi = {(3, 54 x 107 g)/189, 7} x 47, 88 = 8, 93 x 106 g % verim = (7, 91 x 106 / 8, 93 x 106) x 100 = %88, 6 44
- Slides: 44