______________________

GENEL KİMYA

LABORATUVARI-II

______________________

Genel Kimya Laboratuvarı-II Deneyleri

Sayfa

1. Kimyasal Bağlar, Lewis Yapısı, VSEPR Kuramı İle Molekül Geometrisinin

Bulunması Ve İyonik Kristaller 1 - 5

2. Çözeltiler 6 - 9

3. Eşdeğer Ağırlığın Tayini 10-11

4. Kimyasal Kinetik 12-18

5. Kimyasal Denge 19-25

6. Asitler, Bazlar ve İndikatörler 26-32

7. Asit Baz Titrasyonları 33-34

8. Sularda Sertlik Tayini 35-37

9. Sabunlaşma Reaksiyonu (Arap Sabunu) 38-41

10. Termodinamik 42-46

1

DENEY NO 1 KİMYASAL BAĞLAR, LEWİS YAPISI, VSEPR KURAMI İLE MOLEKÜL

GEOMETRİSİNİN BULUNMASI VE İYONİK KRİSTALLER

Ön Hazırlık Çalışmaları:

Derse gelmeden önce kimyasal bağlar konusunda ki teorik bilgileri okuyarak geliniz. Herkesin bir paket farklı renklerde oyun hamuru ve kürdan alarak derse gelmeleri gerekmektedir.

Teorik Bilgi:

1.1 Kimyasal bağlar genel olarak 3 çeşittir: Kovalent bağlar, İyonik bağlar, Metalik bağlar

İyonik bağlar : elektronlar bir atomdan diğerine aktarıldığı zaman meydana gelirler. Tepkimeye giren elementlerden birinin atomları, elektron kaybedip, pozitif yüklü iyonlara dönüşürken, diğer elementlerin atomları elektron kazanıp negatif yüklü iyonlar oluştururlar. Böylece zıt bir şekilde yüklenmiş iyonlar arasındaki elektrostatik çekim kuvveti, söz konusu iyonları kristal içinde bir arada tutar.

Kovalent bağlar : elektronlar, bir atomdan diğerine aktarılmaksızın ortaklaşa kullanılırlar. Tek bir Kovalent bağ, iki atom tarafından bölüşülmüş yani ortaklaşa kullanılan bir elektron çiftinden ibarettir. Moleküller birbirine Kovalent bağla bağlanmış atomlardan meydana gelir.

Metalik bağlar : metal ve alaşımlarda bulunur. Metal atomları üç boyutlu bir yapı içinde düzenlenirler. Bu atomların en dış yörüngelerindeki elektronları, yapının her tarafında serbestçe dolaşır ve atomların birbirine bağlanmalarını sağlar.

Kovalent bağlar genellikle kuvvetli bağlardır. Elektronegatiflikleri farklı atomlar arasındaki Kovalent bağlar elektrostatik çekme kuvvetlerinin de etkisi ile daha da kuvvetlenirler. Ayrıca ikili ve üçlü bağlarda Kovalent bağı güçlendirir.

İyon bağları da kuvvetli bağlardır. İyon yüklerinin büyük olması halinde elektrostatik çekme kuvveti de büyük olacaktır. Küçük iyonlar arasındaki çekme kuvveti de büyük olacağından böyle iyonların oluşturduğu bağlarda kuvvetlidir.

Bu açıklamaya göre kovalent ve iyon bağlarından birbirinin diğerine göre daha kuvvetli olduğunu söylemek doğru değildir.

Kovalent bağları iyonik bağlardan ayıran en önemli özellik, Kovalent bağların yöne bağımlı olmasıdır. Kovalent bağlar, atom orbitallerinin örtüşmesi sonucu oluştuklarından, orbitallerin örtüşme doğrultusunda etkilidirler. Bu doğrultudan sapma zorunluluğu Kovalent bağın zayıflamasına neden olur. İyonlar üzerindeki elektriksel yükleri ise her yöne doğru aynı etkiyi gösterirler. Bu bakımdan elektrostatik çekme kuvveti ve iyon bağı yöne bağımlı değildir.

Metal bağları iyonik ve Kovalent bağlardan daha zayıftır. Geçiş metallerinde kısmen dolu d alt kabuğu olduğundan metal bağın yanında Kovalent etkileşim de vardır. Bu nedenle böyle metallerde bağlar karakteristik metal bağından kuvvetlidir.

1.2 Kovalent bağlar:

Bağlanma şekline göre kovalent bağları kendi arasında genel olarak üçe ayırabiliriz.

2

Apolar kovalent bağlar ( H2 ) Polar kovalent bağlar ( HCl ) Koordine kovalent bağlar [ Cu (NH3)4]+2

Kovalent bir bağ genellikle iki atom tarafından ters spinli bir elektron çifti içerir. Apolar kovalent bağlar, Cl2 molekülünde olduğu gibi sadece özdeş atomlardan oluşan moleküllerde bulunur. Burada klor atomlarından her ikisi de elektronları aynı derecede çekerler. Bu yüzden bağın elektron bulutu iki çekirdek etrafında simetrik bir şekilde dağılır. Elektronlar atomlar tarafından eşit olarak paylaşılır. ( F2, Cl2, H2 )

BrCl molekülünde, klorun broma göre elektronları çekme yeteneği daha büyük olduğundan bu moleküldeki kovalent bağın elektronları klor tarafından daha çok çekilir. Bu yüzden bağın klor ucu kısmen negatif yüke sahip olur. Molekülün bir bütün olarak elektriksel bakımdan nötral olduğu düşünüldüğünde brom tarafında eşit miktarda pozitif kısmi yük bulunur. Böyle kısmi pozitif ve negatif kutuplu kovalent bağlara polar kovalent bağlar denir. ( HCl, NH3, H2O )

Koordine kovalent bağda, bağda ortaklaşa kullanılan iki elektronun ikisi de tek bir atom yada atom grubu tarafından bağa verilir. Örneğin [Cu(NH3)4]

+2 kompleks iyonunda NH3 molekülü üzerindeki ortaklanmamış elektron çifti Cu metalinin boş orbitallerine aktarılarak bir kovalent bağ oluşturulur.

1.2. A. Lewis Yapıları:

Kovalent bağlı moleküllerde, molekülün geometrik şeklinin kabaca nasıl belirleneceğine ilişkin olarak Lewis bir kuram ortaya atmıştır. Kimyasal olaylarda atomların çekirdeğe yakın elektronlarının etkilenmediğini düşünen Lewis, atom ve moleküller için bir yapı şekli önermiştir. Lewis’ in nokta yapısı olarak bilinen bu gösterim biçiminde atom çekirdeği ve iç elektronlar sembollerle, değerlilik elektronları ise noktalarla gösterilmektedir. Lewis’ e göre atomlar kimyasal tepkimeye girerken, elektron dizilişlerini kendilerinden sonra gelen soygazın yapısına benzetmeye çalışırlar. He: 1s2 , diğer soygazların ns2 np6 yapısında olduğuna göre molekül oluştururken hidrojen değerlilik elektronlarını 2’ ye, diğer atomlar 8’ e tamamlamalıdır. Moleküldeki atomlar bağ elektronlarını ortaklaşa kullanarak bu eksiklikleri gidermeye çalışırlar. Oktet kralı olarak bilinen bu kurala uyan bileşiklere:

Oktet kuralına periyodlar çizelgesinin 1. ve 2. sırasındaki elementlerden bazıları uyar. Bu elementlerden atom numarası karbondan ( 6C ) küçük olan atomların bileşiklerinde değerlilik elektron sayısı 8 den küçüktür. Aşağıdaki bileşiklerde berilyum (Be) çevresinde 4, Bor (B) çevresinde 6 elektron vardır. Bu moleküllerde elektron eksiği olduğu söylenir.

3. sıra elementlerinin temel hallerinde boş 3d orbitalinin enerjisi 3s ve 3p orbitallerinin enerjilerine

yakındır. 3d orbitalleri değerlilik orbitalleri gibi davranabildiklerinden, bu elementlerin bileşiklerinde merkez atomun çevresinde oktet kuralına göre beklenenden daha fazla elektron bulunur.

3

1.2. B. Lewis Nokta Yapılarının Belirlenmesi:

Molekül geometrisinin kabaca belirlenmesinde kullanılan Lewis gösteriminde moleküllerin yapıları aşağıdaki şekilde belirlenir.

Molekülde bulunan elektropozitif atom (örneğin SO3 molekülünde S atomu) molekülün merkezine yerleştirilir.

Moleküldeki toplam değerlilik elektron sayısı bulunur (A). (A=6 + 6x3 = 24 elektron)

Molekülün oktet kuralına uyması için gerekli olan elektron sayısı hesaplanır (B). (B= 4x8= 32 elektron)

B sayısından A sayısı çıkarılarak moleküldeki bağ elektron sayısı bulunur (C). Bu sayının 2’ ye bölümü moleküldeki bağ sayısını verir. ( C = B-A = 32-24 = 8 bağ elektron sayısı) ( C/2 = 8/2 = 4 bağ)

Toplam değerlilik elektron sayısından bağ elektron sayısı çıkarılarak bağ yapmayan elektron sayısı bulunur. Daha sonra bu elektronlar atomlar çevresine yerleştirilir. (A-C = 24-8 = 16 bağ yapmayan elektron sayısı )

1.2. C. VSEPR Kuramı (Değerlik Kabuğu Elektron Çiftleri İtmesi):

Molekülün yapısını açıklamak üzere, Lewis’ in ortaya attığı kuramdaki eksiklikleri gidermek ve molekül geometrilerini belirlemek amacı ile 1940 yılında Sidgwick ve Powel, yeni bir kuram ortaya atmışlardır. Bu kurama göre sadece tek kovalent bağ içeren ABn genel formülündeki bileşiklerin geometrisinin bağ elektronlarının birbirini en az itecek şekilde olduğunu söylemişlerdir. Buna göre merkez atom çevresinde iki tane bağ olduğunda molekül doğrusal, üç bağda molekül düzlem üçgen, dört bağda tetrahedral, beş bağda üçgen çiftpramid, altı bağda oktahedral, yedi bağda beşgen çiftpramid olmalıdır. Bunlara ideal geometriler denir.

Merkez atomun bütün değerlilik elektron çiftleri, kovalent bağ yapan çiftler (bağlayıcı) ve paylaşılmamış çiftler (bağ yapmayan çiftler) olarak düşünülürler. Bağ yapmayan elektron çiftleri molekül veya iyondaki atomların yerlerinin belirlenmesinde yardımcı olurlar.

-

4

Örnek: BF3, SnCl2 ve SnCl3 moleküllerinin geometrik yapılarını VSEPR kuramını kullanarak bulunuz.

Çözüm: Merkez atomun değerlilik elektron sayısını A ile, Merkez atoma bağlı halojen atomları tarafından

bağa verilen elektron sayısı X ile, Eğer iyon yükü varsa, bunun ayrımı için eklenecek yada çıkarılacak elektron sayısı Y ile gösterilirse, bunların toplamı toplam elektron sayısını gösterir. Bunun yarısı merkez atoma bağlı toplam elektron çifti sayısıdır. Her halojen atomu sadece bir elektron çifti ile bağlandığından halojen atomları sayısı aynı zamanda bağ yapmış atomların sayısıdır. Bağ yapmamış elektron çifti sayısı ise, toplam elektron çifti sayısından, bağ yapmış elektron sayısı çıkarılarak bulunur.

BF3 : A + X + Y = 3 + ( 3x1 ) = 6 elektron 6/2 = 3 toplam elektron çifti sayısı

geometri : düzlem üçgen F-B-F teorik bağ açısı 120o SnCl2 : 4 + ( 2x1 ) = 6 elektron 6/2 = 3 toplam elektron çifti sayısı 3 – 2 = 1 tane bağ yapmamış elektron çifti sayısı

geometri : açısal Cl-Sn-Cl teorik bağ açısı 120o SnCl3

-

: 4 + ( 3x1 ) = 8 elektron 8/2 = 4 toplam elektron çifti sayısı 4 – 3 = 1 bağ yapmamış elektron çifti sayısı

geometri : üçgen pramit Cl-Sn-Cl teorik bağ açısı 109.28o

Tablo1: Merkez atomun değerlilik kabuğundaki elektron sayıları ve molekül geometrisi

5

1.2.d Hibritleşme:

Birkaç istisnanın dışında VSEPR kuramına dayanan tahminler doğrudur. Valens Bağ Teorisine göre (bakınız: modern üniversite kimyası cilt:1) kovalent bir bağın, kovalent bağı oluşturan atomların paylaşılmamış bir elektron içeren orbitallerinin üst üste gelmesi sonucu oluştuğu görülür. Bu noktada CH4 bileşiğinin yapısı açıklanamamaktadır.

6C : 1s2 2s2 2p2 1H: 1s1

Karbon atomunun temel halinde, paylaşılmamış 2 elektron bulunur. Buna göre C atomlarının H ile sadece 2 bağ yapması gerekir. Ama elimizdeki veriler C atomunun birbirine eşit 4 tane C-H bağına sahip olduğunu göstermiştir. Bu sorunu giderebilmek için uyarılmış karbon atomu kavramı ortaya atılmıştır. Buna göre C atomunun 2s orbitalindeki elektronlardan biri uyarılarak p orbitallerinden birine geçer ve s ile p orbitalleri karışarak 4 tane eş özellikteki sp

3

hibrit orbitalleri oluşur. Bu dört orbitaldeki birer elektron hidrojen atomundaki bir elektron ile bağlanarak CH4 molekülünü oluşturur. Diğer melez orbital türleri ve bunların oluşturduğu yapılar aşağıdaki çizelgede verilmiştir.

Tablo 2 : Melez orbitaller

Basit Atomik Orbitaller Melez türü Geometri Örnek

s, px sp Çizgisel HgCl2 s, px, py sp2 Üçgen düzlem BF3

s, px, py, pz sp3 Düzgün dörtyüzlü CH4 d z2 ,s, px, py, pz, dsp3 Üçgen bipramit PF5

dx2-y2, dz2 ,s, px, py, pz, d2sp3 Düzgün sekizyüzlü SF6 Deney İçin Gerekli Araç ve Malzemeler: İki farklı renkte kaliteli çabuk dağılmayan oyun hamuru Bir paket çöp şiş kürdanı Açı Ölçer Molekül model seti Deneyin Yapılışı:

VSEPR kuramından yararlanarak HgCl2, BF3, SnCl2, NH3, H2O, CH4, PCl5, SF6 moleküllerinin geometrik yapılarını belirleyip, model üzerinde gösteriniz.

6

DENEY NO: 2

ÇÖZELTİLER

Teori :

Homojen karışımlar olan çözeltiler genellikle gaz, sıvı ve katı çözeltiler olarak, fiziksel hallerine göre sınıflandırılırlar. Çözeltiyi oluşturan bileşenlerden yüzdesi fazla olanına çözücü, az olan diğerlerine ise çözünen denir.

Bir maddenin herhangi bir çözücüde belli bir sıcaklıktaki çözünürlüğü, çözücünün belirli bir miktarında çözünmüş ve kararlı bir sistem oluşturmuş en yüksek çözünebilen miktarıdır .

Çözünürlük sınırına kadar çözünen madde içeren çözeltilere “doymuş çözelti” denir. Çözünürlük sınırına ulaşılmamış çözeltilere “doymamış çözelti” denir.

(Doymuş çözeltilerde denge vardır.)

Verilen bir çözelti için belirli miktar çözücüde çözünmüş madde miktarına derişim(konsantrasyon) denir. Derişimin düşük olduğu çözeltilere seyreltik çözeltiler, yüksek olduğu çözeltilere ise derişik çözeltiler denir.

Bir çözeltinin oluşması için moleküller arası bir etkileşim (dipol-dipol, van der Walls, hidrojen bağı) olmalıdır.

Çözücü Çözünen Çözünme var mı?

Su CCl4 Yok

Su NaCl Var

Açıklama: Suda hidrojen bağı vardır ve bu bağ oldukça kuvvetlidir. Su moleküllerinin aralarına yabancı bir molekül girmesi için bu molekülle de kuvvetli bir etkileşim olması gerekir. Su ve CCl4 arasında böyle bir etkileşim olmadığı için CCl4 suda çözünmez .

Suya NaCl atılınca suyun negatif yüklü iyonları, sodyum klorürün pozitif yüklü iyonlarıyla etkileşir. NaCl’nin Na

+

iyonları suyun negatif uçlu oksijen iyonları ile (O-2

) etkileşir. İyon dipol etkileşimi meydana gelir. Suyun H

+

ucu ile negatif yüklü klorür iyonu (Cl-

) arasında iyon dipol etkileşimi olur ve bu nedenle NaCl suda çözünür.

Konsantrasyon Birimleri :

A. % derişim (% konsantrasyon): 100 g çözeltide çözünen madde miktarıdır. B çözücüsünün kütlesi �� gram ve A çözüneninin kütlesi :�� gram ise % derişim;

%���ş� = ���� +��

× 100 Eşitlik 1

7

B. Mol Kesri: Bir çözeltideki herhangi bir bileşenin mol sayısının çözeltideki bütün maddelerin mol sayıları toplamına oranına bu maddenin mol kesri denir ve � ile gösterilir. Herhangi bir i maddesinin mol kesri Eşitlik 2 ile verilir.

�� = ���� + �� + �� +⋯ Eşitlik 2

Karışım içindeki mol kesirlerinin toplamı 1 dir.

�� + �� + �� +⋯ = 1 Eşitlik 3

C. Molarite, M : Çözeltinin 1 litresindeki çözünenin mol sayısıdır. Birimi mol/L ‘dir. Buna göre 6 M sodyum klorür çözeltisi, 6 mol NaCI tartılıp suyla 1 litreye tamamlanarak hazırlanır. 1 L çözeltide 1 mol NaOH ; 1 Molar’dır.

Molar çözeltiler genellikle volümetrik kaplar (balon jojeler) kullanılarak hazırlanır. Bir çözeltinin hazırlanışında miktarı kesin belirli olan çözünen, balon jojeye konur ve üzerine bir miktar saf su eklenir. Özenle karıştırılarak çözünme sağlandıktan sonra balon jojenin boynundaki ayar çizgisine ulaşıncaya kadar saf su katılır.

Çözelti hacmine dayalı derişimlerin tek sakıncası, derişimin sıcaklıkla sıvı çözeltilerin büzülme veya genleşmesinden kaynaklanan değişmesidir. Bu nedenle hassas bir çalışmada kullanılacak bir çözelti, hangi sıcaklıkta kullanılacaksa o sıcaklıkta hazırlanmalı ve volümetrik kap aynı sıcaklıkta ayarlanmalıdır.

Bir çözelti örneğindeki çözünen maddenin mol sayısı, çözelti hacmi (V1) ile molaritesi (M1, 1 litre çözeltideki çözünenin mol sayısı) çarpılarak bulunabilir.

� = ���� Eşitlik 4

Çözelti yeni bir hacme seyreltiğinde (V2) içerisindeki çözünen madde mol sayısı aynıdır. Çözeltinin derişimi M2 ‘ye düşmüş ancak V2M2 çarpımı aynı mol sayısına eşit kalmıştır. Şu halde;

���� = ���� Eşitlik 5

eşitliği yazılabilir. Bu eşitliğin her iki yanında bir hacim terimi bulunduğundan, V1 ve V2 için aynı herhangi bir birim kullanılabilir. Bu eşitlik sadece seyreltme problemlerinde kullanılır.

D-Molalite, m :Molalite 1000 g çözücüde çözünmüş maddenin mol sayısı olarak tanımlanır. Burada tanım çözeltinin toplam hacmine bağlı değildir. Molal çözeltilerde son hacim önemli değildir. Her biri 1000 g su içeren farklı maddelerin molal çözeltilerinin hacimleri farklıdır. Fakat bu çözeltilerin hepsinde çözünen ve çözücü maddelerin mol kesirleri aynıdır.

Sudan başka çözücülerinde kullanıldığı molal çözeltiler sık sık hazırlanır. Aynı çözücünün kullanıldığı bütün 1 m çözeltilerde çözünen ve çözücünün mol kesirleri aynıdır.

Bileşenlerinin kütlelerine göre hazırlandığından ve kütle sıcaklığa bağlı olmadığından verilen bir çözeltinin molalitesi sıcaklıkla değişmez.

������� = Çö�ü�������!�"#$#Çö�ü%ü�ü�&ü���$(()) Eşitlik 5

8

D. Normalite, N : Bir çözeltinin normalitesi çözünenin bir litre çözeltideki eşdeğer gram sayısıdır. Normal derişimler molar derişimler gibi çözeltinin toplam hacmine dayanır. Sonuç olarak, normal çözeltilerinin hazırlanmasında kullanılan volümetrik kaplar ve çözeltinin normalitesi, molarite gibi, sıcaklıkla biraz değişir.

Eşdeğer Gram: Verilen bir reaktifin bir eşdeğer gramının diğer bir maddenin tam olarak bir eşdeğer gramıyla tepkimeye girdiği varsayımına dayanır. Bu değer dikkate alınan tepkimenin türüne bağlıdır.

1) Asit-baz tepkimelerinde eşdeğer ağırlık, +(,-). iyonunun bir /+(,-)

0 iyonu ile etkileşmesi gerçeğine dayanır.

Bir asidin 1 eşdeğer gramı 1 mol +(,-).

iyonu verebilen miktarıdır. Bir bazın 1 eşdeğer gramı ise

1mol /+(,-)0

verebilen veya 1 mol +(,-). iyonu ile tepkimeye girebilen miktarıdır. Eğer 1 mol +(,-)

. , 1

mol /+(,-)0 ile tepkimeye giriyorsa 1 eşdeğer gram asit ile 1 eşdeğer gram baz etkileşiyor demektir.

Burada a 1 mol asidin verebildiği +(,-). iyonunun mol sayısı veya 1 mol baz tarafından nötralleştirilen

+(,-).

‘nin mol sayısıdır. (a = tesir değerliği)

Birden fazla hidrojen içeren (poliprotik) asitler, asit hidrojenlerinin hepsinin nötralleşmediği tepkimeler verebilirler. Böyle durumlarda a’nın değeri dikkate alınan tepkimede gerçek olarak sağlanan +(,-).

‘nin mol sayısına eşittir. Örneğin H2SO4 halinde, -

!/1(,-)2 oluşturan tepkimede a = 2 , +!/1(,-)0 veren tepkimede ise a = 1’dir

2) Yükseltgenme-indirgenme tepkimelerinde eşdeğer ağırlıklar yükseltgenme basamağındaki değişmeye bağlıdır. Herhangi bir yükseltgenme–indirgenme tepkimesinde bir elementin yükseltgenme basamağındaki artış ile diğer bir elementinkinde ki azalış eşit olmalıdır. Buna göre eşdeğerlik şöyle tanımlanır; Eşdeğer ağırlık = Molekül ağırlığı / a

Burada a tepkimeye giren bileşiğin formül birimindeki atomların yükseltgenme basamağındaki toplam değişimi göstermektedir.

Bir çözeltinin normalitesi , N, çözeltinin bir litresindeki eşdeğer gram sayısıdır. Bir çözeltinin normalitesi ve molaritesi birbirine bağlıdır. Genel olarak normalite ile molarite şu şekilde birbirine bağlıdır;

3 = �� Eşitlik 6

Bir çözelti örneğindeki eşdeğer gram sayısı çözeltinin hacmi ile normalitesi çarpılarak elde edilir.

Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler

Çözünürlük; çözücü ve çözünenin cinsine, sıcaklığa, basınca ve ortak iyon etkisine bağlı olarak değişir.

Çözücü ve çözünenin cinsi : moleküller arası çekim kuvveti birbirine yakın çözücü ve çözünende iyi bir çözünme gözlenir. (Benzer benzeri çözer ilkesi)

9

Sıcaklık etkisi: Çözünme ısısına bağlı olarak değişir.

∆Hçözünme > 0 ise çözünürlük sıcaklıkla artar.

∆Hçözünme < 0 ise çözünürlük sıcaklıkla azalır.

*Ekzotermik çözünmelerde çözünürlük sıcaklıkla ters orantılıdır. Gazların sıvılardaki çözünürlüğü sıcaklıkla azalır. Çünkü bu olay ekzotermiktir.

Basınç etkisi: Basınç arttıkça gazların sıvılardaki çözünürlüğü artar.

10

DENEY NO: 3

EŞDEĞER AĞIRLIĞIN TAYİNİ

Hedefler:

Öğrenciler ders sonunda 1. Eşdeğer kütle kavramını 2. Eşdeğer kütlenin deneysel olarak nasıl bulunacağını açıklayabilmeli 3. Verilen bir metalin eşdeğer kütlesini hesaplayabilmeli 4. Eşdeğer kütleden yararlanarak verilen metalin ne olduğunu belirleyebilmeli.

Teorik Bilgi :

Eşdeğer Ağırlık ve Bir Metalin Eşdeğer Ağırlığının Belirlenmesi

Eşdeğer kütle molekülünde bir veya daha fazla yer değiştirebilen hidrojen atomu bulunduran bir bileşikten 1.008 g hidrojen açığa çıkaran metalin ağırlığı olarak tanımlanabilir.

Aktifliği hidrojenden fazla olan metaller HCl ile aşağıdaki şekilde tepkime verir.

�(4) + 5+6�(,-)7888889�6�:(,-) +52+�(<) Eşitlik 1

Açığa çıkan hidrojen gazının ağırlığını tam olarak tartabilmek mümkün olmadığı için hacimden

yararlanılır. Açığa çıkan hidrojen gazının hacmi deneyde laboratuvar sıcaklığında ve atmosfer basıncında su üzerinde ölçülmektedir. Bu yüzden su buharının aynı sıcaklık için değeri bulunarak gerekli düzeltmelerin yapılması gerekmektedir. Düzeneğe etki eden toplam basınç :

=,>?. = =AB +=ABC +=A< Eşitlik 2

PHg, aynı düzenekte su yerine Hg kullanılmış olsaydı sütundaki civa seviyesinin yapmış olacağı basıncı göstermektedir. Hg’nın yoğunluğu 13,6 g/mL’dir.

Toplanan hidrojen gazının kütlesi aşağıdaki eşitlik kullanılarak hesaplanabilir.

�AB ==AB �DE 5(2.016).���0�) Eşitlik 3

Tablo 1. Suyun farklı sıcaklıklardaki yoğunluk ve buhar basıncı değerleri

t (oC) =ABC (mmHg) GABC (g/mL) t (oC) =ABC (mmHg)

GABC (g/mL)

17 14.5 0.998774 23 21.1 0.997538 18 15.5 0.998595 24 22.4 0.997296 19 16.7 0.998405 25 23.8 0.997044 20 17.5 0.998203 26 25.2 21 18.7 0.997992 27 26.7 22 19.8 0.997770 28 28.3

11

Deneyde kullandığımız Metalin kütlesi, hesapladığımız hidrojen gazının ağırlığı ile yer değiştirmiştir. Bu veriden yararlanarak, 1.008g hidrojen açığa çıkaracak olan metalin ağırlığı hesaplanabilir.

Deney İçin Gerekli Araç ve Malzemeler: 50mL lik eudiometre , kütlesi belli 1- 2 cm Mg, Al v.b. metal, derişik HCl, piset, bakır tel, barometre, termometre, destek, kıskaç, lateks eldiven

Deneyin Yapılışı:

(a) (b) Şekil 1 : (a) metal parçasının bakır tel ile mantara sabitlenmesi (b) Mantarın eudiometreye takılması

Şekil 2 Deney düzeneği

1. 1-2 cm. Metal parçasını bakır telle tutturun. Telin diğer ucunu eudiometreye uygun delikli mantarın içinden geçirin (Şekil 1 –a ).

2. Eudiometreye 3-4 mL. der. HCl koyun.

3. Eudiometreyi hafifçe eğik tutarak

yavaşça ve dikkatlice bir piset yardımı ile saf su ile doldurun. Bu sırada yoğunluğu fazla olan asit su ile hemen homojen karışmayacak ve eudiometrenin alt kısmında daha yüksek konsantrasyonda bulunacaktır.

3. Eudiometrenin ağzı yukarıdayken eudiometrenin ağzına uygun ve delikli mantar aracılığı eudiometrenin içine Şekil 1-b deki gibi -yerleştirin.

4. Delikli mantarın deliği lateks eldiven takılı elinizin işaret parmağı ile kapatarak su bulunan behere yandaki şekilde yerleşin. Ve kıskaç aracılığı ile desteğe eudiometreyi tutturun.(Şekil 2)

5. Bu durumda eudiometrenin dibinde bulunan der. HCl çözeltisinin yoğunluk farkı nedeni ile karışarak aşağı doğru indiğini eudiometreyi gözlediğinizde anlayacaksınız. Asit metal parçaya ulaştığında tepkime başlayacaktır.

6. tepkime bittiğinde metal artmışsa artan metal kütlesini tartarak kullanılan metal kütlesini belirleyin.

7. Çıkan hidrojenin düzeltilmiş hacmini bulun.

8. Çıkan hidrojenin kütlesini hesaplayın.

9. 1.008 g hidrojen çıkartacak metal kütlesini (metalin eşdeğer ağırlığını) hesaplayın.

12

DENEY NO: 4

KİMYASAL KİNETİK Hedefler:

Öğrenciler ders sonunda reaksiyon hızını etkileyen faktörleri deney yaparak belirleyecek ve her faktörün eskisini açıklayabileceklerdir.

Teorik Bilgi:

Kimyasal reaksiyonda yer alan bir türün ortamdaki miktarı zaman ile değişir. Birim zamandaki türün değişim miktarı o türün değişim hızı olarak ifade edilebilir. Ortamdaki türün değişimi kütle, konsantrasyon, hacim, basınç v.b. şekilde izlenebilir. Zaman ise saniye, dakika, saat, yıl v.b. şekilde alınabilir. Ortamdaki türün değişimi için birim olarak bu anılan büyüklüklerin herhangi biri kullanılabilir. Örneğin; g. s-1, mol L-1 saat-1, atm. dak-1, L s-1 v.b. Tepkimeye giren türlerin değişimi zamanla azalacağından değişim hızı negatif olarak çıkacaktır. Tepkime sonucu ürünün değişimi zamanla artacağından değişim hızı pozitif olur.

�H + IJ 788888889 %6 + G� Eşitlik 1

tepkimesi için A ve B zamanla azaldığından değişim hızları negatif değerli olarak çıkarken, C ve D zamanla arttıklarından değişim hızları pozitif çıkacaktır. Ayrıca tepkimede yer alan türlerin katsayıları a, b, c ve d birbirlerinden farklılarsa değişim hızları da sayısal olarak birbirlerinden farklı olacaklardır. Oysa Kimyasal bir reaksiyonun hızını hem pozitif olarak hem de tepkimeye giren veya çıkan türün değişim hızından bağımsız olarak ifade etmek isteriz. Bu nedenle yukarıdaki tepkime için tepkime hızını türlerden bağımsız olarak hesaplamak için aşağıdaki eşitliği kullanırız.

D��($"��+#�# = K = −1�GHG� = −1

IGJG� = +1

%G6G� = +− 1

GG�G� Eşitlik 2

Çarpışma kuramı, kimyasal tepkimelere katılan taneciklerin katı, sert birer küre olduğunu ve tepkimenin gerçekleşebilmesi için tepkimeye girecek taneciklerin birbiriyle çarpışması gerektiğini varsayar. Ayrıca her çarpışmanın tepkimeyle sonuçlanmadığını ve enerjisi ve yönelmesi uygun olan çarpışmaların tepkime verebileceğini öne sürer. Tepkimeye giren moleküllerin çarpışma anındaki doğalarıyla fazlaca ilgilenmez.

Aktifleşmiş kompleks kuramı ise, tepkimeye giren taneciklerin ürünlere dönüşümü sırasında atomlar arası uzaklıklara bağlı olarak aldıkları düzenler üzerinde ve yüksek enerjili ve kolayca reaktif veya ürünlere dönüşebilir bir kompleks molekül üzerine yoğunlaşarak tepkimeler incelenir.

Reaksiyon Hızına Etki Eden Faktörler

� a. Reaktanların Türü : � b. Sıcaklık � c. Konsantrasyon veya basınç � d. Ortamda bulunan yabancı madde ( katalizör , inhibitör ) � e. Heterojen reaksiyonlar için temas yüzeyi � f. Reaksiyon ortamı

a. Reaktantların Türü

Bir kimyasal olayda, reaksiyona girenlerin atomlar arasındaki bazı bağlar kırılırken, kırılan bağların yeniden düzenlenmesi ile ürünler oluşur. Bu yüzden reaksiyonların hızı, kırılan ya da yeniden oluşan bağların türüne, dolayısıyla bu bağların enerjilerine bağlıdır. Reaksiyonda kırılacak bağ sayısı ne kadar çok ve bağlar ne kadar güçlü ise reaksiyon da o kadar yavaş olacaktır. Örneğin; renksiz azot

13

monoksit gazı, havanın oksijeni ile çok hızlı bir şekilde birleşerek kahverengi bir gaz olan azot dioksiti oluşturur. Bu reaksiyon oda sıcaklığında çok hızlı gerçekleşir.

3/(<) +12/� 78888888893/�(<) Eşitlik 3

Buna karşın, otomobillerin egzozlarından ya da bacalardan çıkan karbon monoksit gazının, havanın oksijeni ile birleşerek karbon dioksiti oluşturması oldukça yavaştır.

6/(<) +12/� 78888888896/�(<) Eşitlik 4

Bu iki reaksiyon denklemi dikkatle incelenirse, reaksiyona girenlerin ve ürünlerin molekül yapılarının büyük bir benzerlik gösterdiği görülür. Her iki reaksiyon aynı sıcaklık ve ortamda gerçekleşmesine karşın, hızları birbirinden farklıdır. Bu farklılık; NO ve CO moleküllerindeki azot – oksijen, karbon – oksijen bağ enerjilerinin farklılığından ileri gelir.

B. Sıcaklığın Etkisi

Basit bir mekanizmaya sahip reaksiyonlarda reaksiyon hızlarının sıcaklık ile değişimi incelendiğinde; reaksiyon hızının sıcaklık artışı ile arttığı görülür. 1889 yılında Svante Arrhenius bugün Arrhenius Eşitliği adı ile bildiğimiz

( = H�0MNOP Eşitlik 5

eşitliğini önermiştir. Bu eşitlikte reaksiyon hızı ile doğru orantılı olan reaksiyon hız sabiti k’ nın sıcaklığa nasıl bağımlı olduğu görülmektedir. Bu eşitlikteki A; frekans faktörü olup moleküler çarpışmaların sayısı ile ilişkilidir. Ancak üstel terimde yer alan Q,; aktivasyon enerjisi olarak adlandırılıp sayısal değeri ne kadar büyük olursa reaksiyon hızı ile ilişkili olan k nın o kadar küçük olmasına neden olacaktır.

denklemde yer alan T ise ne kadar büyük değere sahip olursa, MNOP oranı o kadar küçülür. Ve reaksiyon

hızı da o ölçüde artış gösterir. Moleküllere ilişkin Maxwell-Boltmann dağılımı

=R = G3/3GT = 4V W �

2V(EXY/�

T��0��?RB/4P Eşitlik 6

eşitliği ile bilinir. Eşitlik 5’e ilişkin N2 gazı için moleküller hızlara karşı moleküllerin kesri Şekil 1 de görülmektedir. Şekil 1 den de görüldüğü gibi sıcaklık artışı ile reaksiyon verebilecek moleküllerin sayısı artmaktadır.

Şekil 1 : N2 gazı moleküllerine ilişkin u hızına sahip moleküllerin bulunma olasılığı, Pu ,değerleri ve Ea enerjisine sahip moleküllerin sayısının sıcaklık ile değişimi.

14

C. Konsantrasyon Etkisi

Konsantrasyonun kimyasal reaksiyon hızına etkisini açıklamak için çarpışma teorisinden yararlanılır.

Birim hacimdeki reaktif taneciklerin miktarının artması ile bu hacim içerisindeki reaktif moleküller arasındaki çarpışma sayısı artar. Bu da ürün ile sonuçlanacak çarpışmaların olasılığını arttırdığından, konsantrasyon artışı ile reaksiyon hızı artar. Şekil 2 deki A, B, C den görüldüğü gibi ortamdaki türlerden birinin konsantrasyonu artarsa birim hacimde artan tanecik sayılarının katlarına bağlı olarak reaksiyon hızıda A daki reaksiyon hızına göre B de 2 kat, C de 3 kat artacaktır. Hem A nın hem de B nin sayısı arttıkça A ya göre; D de hız 4 kat artarken, E de 6 kat, F de ise 9 kat artış gösterecektir.

Şekil 2 : Birim hacimdeki basit reaksiyona katılan taneciklerin sayılarının artması ile çarpışma olasılıklarındaki artışlar.

A ve B maddesi için reaksiyon hız eşitliği

K = (ZH[ZJ[ Eşitlik 7

şeklinde ise Şekil 2 A da birim hacimdeki A ların sayısı B lerin sayısına eşit olduğundan A nın konsantrasyonu B nin konsantrasyonuna eşit olacaktır ([A]=[B]). Eşitlik 7 için

K = (ZH[ZH[ = (ZH[� Eşitlik 8

Şekil 2 B için birim hacimdeki A ların sayısı B lerin sayısının yarısı kadarsa (2[A]=[B])

K = (ZH[(2ZH[) = 2(ZH[� Eşitlik 9

Şekil 2 C için birim hacimdeki A ların sayısı B lerin sayısının üçte biri kadarsa (3[A]=[B])

K = (ZH[(3ZH[) = 3(ZH[� Eşitlik 10

olarak bulunur. Benzer düşünce ile Şekil 2D de, Şekil 2A ya göre her bir türün birim hacimdeki miktarı 2 katına çıkmıştır (2[A]=2[B]).

K = ((2ZH[)(2ZH[) = 4(ZH[� Eşitlik 11

olduğundan reaksiyon Şekil 2 A dakine göre 4 katına çıkmıştır. Şekil 2 E de ise; Şekil 2 A ya göre birim hacimdeki taneciklerin sayısı ile ilgili olarak yukarıdaki düşünceler ışığında 3[A]=2[B] ilişkisi kurulabilir. Bu nedenle Şekil F deki reaksiyon hızı

15

K = ((3ZH[)(2ZH[) = 6(ZH[� Eşitlik 12

olup Şekil 2A ya göre 6 kat daha hızlı gerçekleşecektir. Şekil 2 F de ise reaksiyon hızı

K = ((3ZH[)(3ZH[) = 9(ZH[� Eşitlik 13

olarak bulunabilir. Bu hız Şekil 2 A daki reaksiyon hızına göre 9 kat daha hızlıdır.

D. Temas Yüzeyinin Etkisi

Reaksiyonun gerçekleşmesinin birinci koşulu girenlerin birbirleriyle çarpışmasıdır. Taneciklerin hareket edebildiği sıvı ve gaz hali ile çözelti ortamı çarpışma için elverişlidir. Ancak girenlerden biri katı ise reaksiyonu başlatmak ve devamını sağlamak son derece güçtür. Çünkü katı maddenin tanecikleri yer değiştiremez ve bu yüzden çarpışma sayısı nispeten azdır. Çarpışma sayısını artırmanın yolu, katının, diğer giren ( sıvı, gaz ya da çözeltideki iyon ) ile temas eden yüzeyini büyütmektir. Temas yüzeyi büyüyünce katı giren ile diğer giren arasındaki çarpışma sayısı artacağından reaksiyon daha hızlı gerçekleşir.

E. Katalizörün Etkisi

Reaksiyon hızını etkileyen parametrelerden yukarıda söz ettik. Bu parametrelerden bir diğeri de katalizördür. Katalizörler reaksiyon hızını arttıran fakat reaksiyon sırasında miktarları pratik olarak değişmeyen maddelerdir. Katalizörlerin reaksiyon hızını değiştirmeleri;

- Geçiş hali enerjisini düşürerek aktivasyon enerjisini azaltırlar. Böylece Eşitlik 5 teki aktivasyon enerjisinin azalması sonucu sıcaklık değişmemesine rağmen reaksiyon hız sabitinin değeri artar. Bunu Şekil 1 de görülen aktivasyon enerjisinin azalması sonucu reaksiyona girebilecek moleküllerinin kesrinin artmasının bir sonucu olarak da düşünebilirsiniz.

- Katalizörün diğer bir çalışma yolu ise reaksiyon mekanizmasını tamamen değiştirerek daha düşük bir geçiş hali üzerinden reaksiyonun tamamlanmasını sağlayabilirler.

Bazı reaksiyonların daha hızlı ilerlemesi için asitler veya bazlar katalizör olarak kullanılabilir. Bu katalizörler ortamda homojen olarak dağılarak çalışırlar. Bazı katalizörler ise reaksiyon ortamında homojen olarak dağılmaz ve reaksiyon katalizör yüzeyindeki reaktif türlerin konsantrasyonlarına bağlı olarak ya da katalizör yüzeyinde mekanizmada yer aldığı adımlar üzerinden ilerler. Pek çok biyokimyasal süreç enzim adı verilen katalizörler ile katalizlenmiş reaksiyon adımları üzerinden gerçekleşir.

Hidrojen peroksit oda şartlarında kendi kendine ve yavaşça su ve oksijen vererek aşağıdaki reaksiyona göre parçalanır.

2+�/� 78888888892+�/ +/� Eşitlik 14

Hidrojen peroksit çözeltisine iyodür iyonları eklenirse ortamdaki iyodür iyon konsantrasyonu değişmemesine rağmen hidrojen peroksitin parçalanma hızının arttığı görülür. Bu reaksiyon için iyodür iyonları katalizör olarak çalışır.

Bazı maddeler ise katalizörlerin aksine reaksiyon hızını yavaşlatabilir. Bu tür maddeler inhibitör olarak adlandırılır.

16

Gerekli Araç-Gereçler:

• İki farklı metal şerit (Mg, Zn, Al. v.b.) • İnce bakır tel • 2 adet 100 mL, 1 adet 250 mL beher • Pipet • Piset

• Dereceli silindir • Termometre • Baget • 5-10 oC sıcaklığında su • 20-25 oC sıcaklığında su

• Kurutma kağıdı • Hassas terazi • Kronometre • Deney gözlüğü

Deneyin Yapılışı:

A. Reaktif Türünün Reaksiyon Hızına Etkisi :

a. İki farklı metalin 1.0 cm lik ayrı ayrı birer ince bakır teli ile bağlayın. b. Bakır tel ile bağlamış olduğunuz metali bakır tel ile birlikte hassas terazi ile tartın. c. 100 mL lik beher içerisine dereceli silindir ile ölçerek 50 mL saf su koyun. d. Her bir behere pipet yardımı ile 3.0 mL. der. HCl ekleyin. Ve baget yardımı ile karıştırarak

homojen hale getirin e. Seyreltik asit çözeltisinin sıcaklığını termometre ile ölçün. f. Bakır telin bir ucundan tutarak ilk metali 100 mL lik beherde hazırlamış olduğunuz seyreltik asit

çözeltisine daldırın. Ve aynı anda kronometreyi çalıştırın. g. 30 saniye sonra veya metal tükenmeden metali asit çözeltisinden uzaklaştırarak piset yardımı ile

yıkayın. Yıkama sırasında 250 mL lik beherde atık suyu toplayabilirsiniz. h. Yıkanmış metali bir kurutma kağıdı ile kurutun. i. Bakır tel ile birlikte kalan metali tekrar tartın. j. Metalin tükenme hızını g. s-1, mol s-1 olarak hesaplayın. k. a.-j arasındaki tüm işlemleri diğer metal için tekrarlayın. l. j adımında elde etmiş olduğunuz değerleri birbiri ile karşılaştırarak tartışınız.

Deney Metal milk / g. mson /g. t / s Hız / g s-1 Hız / mol s-1

I.

II.

B. Sıcaklığın Reaksiyon Hızına Etkisi :

a. Reaktif türünde kullandığınız metallerden birini seçin. b. Bu metalden 1.0 cm lik iki parça alarak ince bakır teli ile bağlayın. c. Bakır tel ile bağlamış olduğunuz metali hassas terazi ile tartın. d. 100 mL lik beher içerisine dereceli silindir ile ölçerek 50 mL soğuk saf su koyun. e. Behere pipet yardımı ile 3.0 mL. der. HCl ekleyin ve baget yardımı ile karıştırarak homojen hale

getirin f. Seyreltik asit çözeltisinin sıcaklığını termometre ile ölçün. g. Bakır telin bir ucundan tutarak metali 100 mL lik beherde hazırlamış olduğunuz seyreltik asit

çözeltisine daldırın. Ve aynı anda kronometreyi çalıştırın. h. 30 saniye sonra veya metal tükenmeden metali asit çözeltisinden uzaklaştırarak piset yardımı ile

yıkayın. Yıkama sırasında 250 mL lik beherde atık suyu toplayabilirsiniz. i. Yıkanmış metali bir kurutma kağıdı ile kurutun. j. Bakır tel ile birlikte kalan metali tekrar tartın. k. Metalin tükenme hızını g. s-1, mol s-1 olarak hesaplayın.

17

l. Aynı metalin Reaktif türü etkisinde elde etmiş olduğunuz sonuçlarla karşılaştırınız.

Deney Metal t / oC milk / g. mson /g. t / s Hız / g s-1 Hız / mol s-1

I.

III.

C. Konsantrasyonun Reaksiyon Hızına Etkisi :

a. Sıcaklık Etkisi deneyinde kullandığınız metalden 1.0 cm. alarak ince bakır teli ile bağlayın. b. Bakır tel ile bağlamış olduğunuz metali hassas terazi ile tartın. c. 100 mL lik beher içerisine dereceli silindir ile ölçerek 50 mL saf su koyun. d. Behere pipet yardımı ile 3.0 mL. der. HCl ekleyin ve baget yardımı ile karıştırarak homojen hale

getirin. e. Seyreltik asit çözeltisinin sıcaklığını termometre ile ölçün. f. Bakır telin bir ucundan tutarak metali 100 mL lik beherde hazırlamış olduğunuz seyreltik asit

çözeltisine daldırın. Ve aynı anda kronometreyi çalıştırın. g. 30 saniye sonra veya metal tükenmeden metali asit çözeltisinden uzaklaştırarak piset yardımı ile

yıkayın. Yıkama sırasında 250 mL lik beherde atık suyu toplayabilirsiniz. h. Yıkanmış metali bir kurutma kağıdı ile kurutun. i. Bakır tel ile birlikte kalan metali tekrar tartın. j. Metalin tükenme hızını g. s-1, mol s-1 olarak hesaplayın. k. Elde ettiğiniz sonuçları reaktif türü etkisinde elde etmiş olduğunuz sonuçlarla karşılaştırınız.

Deney Metal HCl /mL milk / g. mson /g. t / s Hız / g s-1 Hız / mol s-1

I.

IV.

D. Temas Yüzeyinin Reaksiyon Hızına Etkisi :

a. Sıcaklık Etkisi deneyinde kullandığınız metalden 0.5 cm. veya 2.0 cm. alarak ince bakır teli ile bağlayın.

b. Bakır tel ile bağlamış olduğunuz metali hassas terazi ile tartın. c. 100 mL lik beher içerisine dereceli silindir ile ölçerek 50 mL soğuk saf su koyun. d. Behere pipet yardımı ile 3.0 mL der. HCl ekleyin ve baget yardımı ile karıştırarak homojen hale

getirin e. Seyreltik asit çözeltisinin sıcaklığını termometre ile ölçün. f. Bakır telin bir ucundan tutarak metali 100 mL lik beherde hazırlamış olduğunuz seyreltik asit

çözeltisine daldırın. Ve aynı anda kronometreyi çalıştırın. g. 30 saniye sonra veya metal tükenmeden metali asit çözeltisinden uzaklaştırarak piset yardımı ile

yıkayın. Yıkama sırasında 250 mL lik beherde atık suyu toplayabilirsiniz. h. Yıkanmış metali bir kurutma kağıdı ile kurutun. i. Bakır tel ile birlikte kalan metali tekrar tartın. j. Metalin tükenme hızını g. s-1, mol s-1 olarak hesaplayın. k. Elde ettiğiniz sonuçları reaktif türü etkisinde elde etmiş olduğunuz sonuçlarla karşılaştırınız.

Deney Metal Metal / cm milk / g. mson /g. t / s Hız / g s-1 Hız / mol s-1

I.

V.

18

E. Katalizörün Reaksiyon Hızına Etkisi Gerekli Araç-Gereçler:

• Geniş deney tüpü • Perhidrol (der. H2O2) • 01 M KI çözeltisi • Yoğunluğu sudan küçük apolar sıvı • Lastik mantar • Cam yazar kalem

• Deney tüpü • Piset • Pipet • Dereceli silindir • Cetvel

• Kronometre • Deney gözlüğü • Destek ve kıskaç

Şekil 3 : H2O2 nin parçalanma kinetiğinde kullanılan deney düzeneği.

a. Deney tübünü kıskaç yardımı ile desteğe tutturun. b. Deney tübüne yaklaşık 5 mL. yoğunluğu sudan az olan apolar bu

reaksiyon için inert çözücüyü ekleyin. Örneğin hekzan, bitkisel yağ v.b. Not : Bu apolar çözücü Şekil 3 de görüldüğü gibi C bölgesinde O2 toplanırken A ince

cam boru içinde yükselmek zorunda kalacaktır. Ne kadar çok ve hızlı O2 C

bölgesinde toplanırsa bu sıvınında cam boru içinde yükselişi o kadar hızlı olacaktır.

Bu fazın amacı O2 çıkış hızını sayısallaştırmak içindir.

c. 0.1 M KI deney tübüne 2-5 mL. ekleyin. Bu Şekil 3 deki E fazı olarak görülmektedir.

d. Deney tübüne 10-15 mL. kadar saf su ekleyin. E fazındaki değişimi gözlemleyin.

e. Deney tübüne der. H2O2 den 2 mL ekleyin. E fazındaki değişikliği gözlemleyin.

f. ince cam boru takılı mantar ile deney tübünü (Şekil 3 B) kapattığınızda cam borunun ucu D fazı içinde olmalıdır.

g. Cam boru içindeki sıvı seviyesini işaretleyerek kronometreyi çalıştırın. Aşağıdaki tabloları doldurun.

h. Birim zamanda sıvı seviyesinin ne kadar değiştiğini hesaplayınız. Elde ettiğiniz bu veriyi H2O2 in dönüşüm hızına nasıl dönüştürebilirsiniz. Tartışınız.

Deney 0.1 M KI / mL der. H2O2 / mL t0 0 s

t1 …. s

t2 ….. s

t3 ….. s

t4 ….. s

t5 ….. s

t6 ….. s

I. 0.0 cm

II. 0.0 cm

III. 0.0 cm

Deney Sey. KI / mL Sey. H2O2 / mL

t0 - t1 Reak.hızı cm s-1

t1 – t2 Reak.hızı cm s-1

t2 – t3 Reak.hızı cm s-1

t4 - t5 Reak.hızı cm s-1

t5 – t6 Reak.hızı cm s-1

I.

II.

III.

19

DENEY NO: 5

KİMYASAL DENGE AMAÇ: Bu deneyde kimyasal reaksiyonların tersinir olabileceğinin, deneysel şartlardaki bazı değişikliklerin denge derişimlerini değiştirebileceğinin ve kimyasal reaksiyonların her zaman reaktantlardan biri tamamen tükenene kadar devam etmediğinin kavranması.

TEORİK BİLGİ:

Bir reaksiyonun ürünleri oluşturmak üzere ilerlerken, ürünlerde reaktifleri yeniden oluşturmak için gerisin geriye ilerleyen bir tepkimeye neden olabilirler. Bu durum için olası bir hayali mekanizma Şekil 1’ de verilmiştir. Şekil 1 – (a) da birbirine AB molekülünü oluşturabilecek kadar vA ve vB vektörel hızları ile yaklaşan A2 ve B2 molekülleri (b) deki A2B2 geçiş kompleksi üzerinden AB molekülünü oluşturabilirler. Benzer şekilde bu reaksiyon sonucu oluşan AB molekülleri de kendi aralarında ve uygun pozisyonda vAB ve v’

AB vektörel hızları ile birbiri ile çarpışarak (d) deki A2B2 geçiş kompleksi üzerinden başlangıçta oluştukları A2 ve B2 moleküllerine dönüşebilirler.

Şekil 1 : A2 ve B2 moleküllerinin AB molekülünü oluşturmaları ve oluşan AB moleküllerinin yeniden A2 ve B2 molekülerini oluşturmaları.

Şekil 1 de A2 ve B2 molekülleri kileri reaksiyon hız sabitine bağlı olarak AB moleküllerini oluştururken, oluşan AB molekülleri de kgeri hız sabitine bağlı olarak A2 ve B2 reaktif moleküllerine dönüşürler. A2 ve B2 reaktiflerinin AB ürününü oluşturma hızı, AB ürününün A2 ve B2 moleküllerini oluşturma hızına eşit olduğundan her iki yöndeki tepkimeler devam etmesine karşın, ortamdaki türlerin konsantrasyonlarının sabit kaldığı görülür. Bu durumda sistemin dengede olduğu söylenir. Bu hal sistemin denge halidir. Böyle bir sistemin denge sabiti; ileri reaksiyon hız sabitinin geri reaksiyon hız sabitine oranına eşittir

(K_ = `abcda`ecda

).

Denge halindeki sisteme müdahale edildiğinde sistem bu etkiye karşı bir tepki verir. Bu Le Chatelier Prensibi olarak bilinir. Şekil 2 de görülen tepkimesinin gerçekleştiği ortama

A2 veya B2 türlerinden eklenmesi, denge sabitinin değeri değiştirmeyecek ancak dengedeki türleri oranları bozulduğundan, A2 ve B2 tepkimeye girerek yeni bir denge kuruluncaya kadar AB maddesine dönüşecektir. Benzer şekilde reaksiyon ortamına AB türünden eklenecek olursa, denge yeniden bozulduğundan, yeni dengenin kurulması için ortamdaki AB, A2 ve B2 yi oluşturacak şekilde geri tepkimenin gerçekleşmesine neden olacaktır.

Dengeyi bozmanın diğer bir yolu denge sabitlerini değiştirmektir. Arrhenius Eşitliği düşünülürse denge sabitini değiştirmenin yolu sıcaklığın değiştirilmesinden geçer. Sıcaklık artışı hem ileri reaksiyon hız sabitini hem de geri reaksiyon hız sabitini arttırır. Bu durumda reaksiyon hangi yöne doğru ilerleyecektir? Bu başka bir deyişle denge sabitinin değerini büyütecek midir yoksa küçültecek midir?

20

Bu sorunun yanıtı reaksiyonun ekzotermik veya endotermik olmasına bağlı olarak değişir ve yanıt yine Le Chatelier Prensibi ile verilebilir. Eğer reaksiyon ekzotermik, yani reaksiyon sonucu ısı açığa çıkıyorsa sıcaklığı arttırmak reaksiyonu reaktifler yönüne kaydırır. Başka bir deyişle reaksiyon denge sabiti küçülür. Eğer reaksiyon endotermik, yani reaksiyonun oluşması için dışarıdan ısı transfer edilmesi gerekiyorsa sıcaklık artışı ile reaksiyon ürünler tarafına kayar. Bu kez reaksiyon denge sabitinin değerinin büyüdüğü görülür.

Bu deneyde bir kompleksleşme reaksiyonu üzerinden kimyasal denge izlenecektir. Deneyde kullanılacak CoCl� ∙ 6H�O bordo bir renge sahip bir katıdır. Bu madde suda çözündüğünde ZCo(H�O)l[.� iyonunu oluşturur. Co+2 nin başka bir kompleks iyonu da ZCoCl1[0� kompleks iyonudur. Ortamdaki H�O ve Cl- iyon konsantrasyonuna ve reaksiyon denge sabitine bağlı olarak reaksiyon ortamında bu kompleks iyonlardan biri baskın hale gelebilir. Eşitlik 1 de bu olaya ilişkin reaksiyon denklemi görülmektedir.

Eşitlik 1

Bu komplekslerden ZCo(H�O)l[.� sulu çözeltisinde pembe renklidir. ZCoCl1[0� kompleksi ise sulu çözeltisinde mavi renklidir. ZCo(H�O)l[.� ortamda baskın olduğunda çözeltinin rengi pembedir. Bir şekilde ortamdaki ZCoCl1[0� konsantrasyonu arttırılabilirse çözeltinin rengi pembe ve mavi renklerin karışımından maviye kadar değiştirilebilir. Bu dengeye sahip bir sisteme kuvvetli asit eklenmesi ile ortamdaki su molekülleri başka bir dengeye bağlı olarak HYO. iyonlarına dönüşür. Ortama H�O ve Cl- iyonları eklenmesi veya sıcaklığın değiştirilmesi ile denge sabitinin değişimine bağlı olarak çözeltinin rengindeki değişimler izlenebilir. Gerekli Araç ve Gereçler:

• CoCl� ∙ 6H�O • der. HCl • Saf su • Deney tüpü

• Spatül • Piset • Damlalık

• Termometre • Soğuk Su • 70-80 oC Sıcak Su

Deneyin Yapılışı:

a. Spatül ucu ile CoCl� ∙ 6H�O bileşiğinden alın ve deney tüpüne koyun.

b. Deney tüpüne 1-2 mL. su ekleyin. Pembe renkli çözelti elde edeceksiniz.

c. Deney tüpüne damla damla ve dikkatlice der. HCl ekleyerek mavi renkli kompleksi elde edin.

d. Deney tüpüne damla damla ve dikkatlice tekrar su ekleyin. Bu kez rengin maviden pembeye geçtiğini göreceksiniz.

e. Deney tüpü yarısına kadar sıvı ile dolana kadar c ve d adımlarını tekrarlayarak gözlemlerinizi not edin. Oda sıcaklığında çözeltinin rengi maviden pembeye döndüğünde ve deney tüpünüz yarısına kadar sıvı ile doluyken sıcaklık etkisini incelemeye başlayabilirsiniz.

f. Deney tüpünüzdeki pembe renkli çözeltiyi ısıtmak için içinde sıcak su bulunan behere daldırın.

g. Değişiklikleri not edin.

h. Gözlemleriniz bitince deney tüpünü soğuk su bulunan behere koyunuz ve gördüğünüz değişiklikleri kaydedin.

i. f-h adımlarını suların sıcaklıklarını not ederek gözlemlerinizi yenileyin.

j. Reaksiyon sizce endotermik midir yoksa ekzotermik midir? Tartışınız.