Warning: jsMath requires JavaScript to process the mathematics on this page.
If your browser supports JavaScript, be sure it is enabled.

Taner TANRISEVER Ana Sayfasi

| Ana Sayfa  | Özgeçmiş | Çalışmalar | Dersler | Ders Programı | Simülasyonlar  | Diğer | İletişim |

Kimyasal Reaksiyonlar ve Kimyasal Denklemler

Kimyasal Reaksiyonlar

Kimyasal reaksiyon sırasında bir veya birden fazla madde, farklı özelliklerdeki maddelere dönüşürler. Bu dönüşüm;

  1. Renk değişimi

  2. Çökelek oluşumu

  3. Gaz çıkışı

  4. Isı salınması veya soğrulması

gibi ortam değişikliği ile kimyasal rekasiyonun hebercisidir. Ancak yine de kimyasal reaksiyonun olup olmadığı, çeşitli yöntemlerle ortamdaki türlerin değişime uğrayıp uğramadıkları kontrol edilerek belirlenir.

Kimyasal tepkimeler sırasında reaksiyona katılan türlerin miktarı ile oluşan miktarlar arasında çok sıkı sayısal ilişkiler vardır Bu sayısal ilişkiler tepkime stokiyometrisi olarak adlandırılır.

Kimyasal reaksiyonlar sırasında reaksiyona giren türlerin özelliklerini yitirdiklerini ve yeni özelliklere sahip yeni türler meydana getirdiklerini günlük hayatımızdaki örneklerden biliyoruz. Demirin paslanmasınına ilişkin örneği

\rm Demir \quad + \quad Oksijen \quad \rightarrow \quad \text{Paslı Demir}

şeklinde vermiştik. Fakat bu gösterim pratik gözükse de hesaplamalar sırasında, ve olayın tanımlanmasını tam olarak yeterli değildir. Demir ve oksijen arasında kendi kendine gerçekleşen reaksiyonda oluşan bileşiğin formülü Fe3O4 şeklindedir. O halde yukarıdaki denklemi;

\rm Fe \quad + \quad O_2 \quad \rightarrow \quad \rm Fe_3O_4

şeklinde gösterebiliriz. Bu denklemden bir demir atomunun reaksiyona girdiği ve 3 demir atomunun çıktığı görülüyor. Benzer şekilde oksijenden 2 atom girerken denklemin diğer tarafında 4 atom oksijen gözüküyor. Bu kütlenin korunumuna aykırıdır. Yukarıdaki eşitliği kütle dengesine uyacak şekilde uygun katsayılarla düzeltirsek

\rm 3Fe \quad + \quad 2O_2 \quad \rightarrow \quad \rm Fe_3O_4

yazabiliriz. Hatta reaksiyona giren türlerin hangi halde bulunduklarıda denklemde belirtilebilir.

\rm 3Fe_{(k)} \quad + \quad 2O_{2(g)} \quad \rightarrow \quad \rm Fe_3O_{4(k)}

Böylece;

  • Hangi element veya bileşiklerin reaksiyona girdiğini ve hangi bileşiği oluşturduğunu,

  • Reaksiyona giren türlerin birbirleri ile hangi oranda reaksiyona girdiklerini ve sonuçta hangi bileşikten ne kadar çıktığını

  • Reaksiyona giren maddelerin ürünler içinde hangi oranda yer aldığını görebiliriz.

  • Hangi maddenin hangi halde reaksiyona katıldığını görebiliriz.

Bu nedenlerle kimyasal olayları bu tür kimyasal reaksiyon denklemleri ile gösteririz.

Kimyasal Denklemlerin Denkleştirilmesi

Kimyasal denklemin denkleştirilmeye başlanmadan önce reaksiyona giren ve çıkan maddelerin neler olduğu kesinlikle bilinmelidir. Bu reaktiflerin bilinmesinin yanısıra bir yolla çıkan ürünlerin neler olduğunun belirlenmesi ile mümkündür. Bazen çıkan ürünlerin neler olabileceğini daha önceki bilgilerimizi kullanarak öngörebiliriz. Bazı reaksiyonlarda elektron alış verişi söz konusudur. Bu tip reaksiyon denklemlerinin denkleştirilmesi sırasında kütle dengesinin korunmasının yanısıra yük dengesinin korunmasına da dikkat edilmelidir. Elektron alış verişinin olduğu reaksiyon denklemleri iyon denklemleri veya molekül denklemleri üzerinden denkleştirilebilirler. Aşağıda bazı tepkimelerin için molekül ve iyon denklemleri ve denkleştirilmiş halleri verilmiştir.

Deneme Yanılma Yolu İle Kimyasal Denklemlerin Denkleştirilmesi

Bu yöntem çok kompleks olmayan reaksiyonların denkleştirilmesinde kullanılabilir. Aşağıdaki basit bir reaksiyon üzerinde denklemin adım adım nasıl denkleştirileceğini görelim.

\rm CH_{4(g)} \quad + \quad O_{2(g)} \quad \rightarrow \quad \rm CO_{2(g)} \quad + \quad H_2O{(g)}

(1) Bu tür bir reaksiyonda element halinde bulunan türün denkleştirilmesini en sona bırakın.
Bu reaksiyonda element halindeki tür O2 dir.

(2) Bu reaksiyonda CH4 molekülündeki iki element olan C ve H denklemin diğer tarafında CO2 ve H2O şeklinde iki bileşik oluşturmuştur. Denklemin solunda ve sağındaki C sayıları korunmuştur. Ancak denklemin sağ tarafındaki H sayısı, sol tarafındaki H sayısından azdır. Bu nedenle denklemin her iki tarafındaki H sayıları eşitlenmelidir. Bu H2O başına 2 katsayısı konularak dengelenebilir.

\rm CH_{4(g)} \quad + \quad O_{2(g)} \quad \rightarrow \quad \rm CO_{2(g)} \quad + \quad 2H_2O{(g)}

(3) Bu son denklemde C, H sayıları denkleştirilmiştir. Ancak O sayıları denk değildir. Bu başlangıçta denkleştirme sırasında atladığımız element halindeki O2 ye uygun katsayı verilerek denklem denkleştirilir.

\rm CH_{4(g)} \quad + \quad 2O_{2(g)} \quad \rightarrow \quad \rm CO_{2(g)} \quad + \quad 2H_2O{(g)}

Bu deneme yanılma yöntemi ile denklemler denkleştirilebilir. Ancak kompleks bazı denklemlerde bu yol uzun zaman alabilir.

Katsayılar Yöntemi İle Kimyasal Denklemlerin Denkleştirilmesi

Daha karmaşık denklemlerin denkleştirilmesinde bu yöntemden yararlanılır. Öncelikle herbir türün önüne bir katsayı yerleştirilir. Katsayıların birbirine göre durumları saptanır ve ardından katsayılardan birine bir değer verilerek diğer katsayılar bu katsayıya bağlı olarak belirlenir.

\rm KI_ \quad + \quad H_2SO_4 \quad \rightarrow \quad \rm K_2SO_4 \quad + \quad I_2 \quad + \quad H_2S \quad + \quad H_2O

Her bir türün önüne bir kaysayı konur.

\rm aKI_ \quad + \quad bH_2SO_4 \quad \rightarrow \quad \rm cK_2SO_4 \quad + \quad dI_2 \quad + \quad eH_2S \quad + \quad fH_2O

Herbir element için uygun eşitlikler yazılır.

  1. K elementi denklemin sol tarafında KI bileşiğinde, sağ tarafında K2SO4 bileşiğinde bulunur. Bu durumda iki taraftaki K ların dengede olabilmesi ancak a = 2c olması ile mümkündür.

  2. I elementi denklemin sol tarafında KI bileşiğinde, sağ tarafında I2 olarak bulunmaktadır. Bu durumda iki taraftaki I ların dengede olabilmesi ancak a = 2d olması ile mümkündür.

  3. H elementi denklemin sol tarafında H2SO4 bileşiğinde, sağ tarafında ise H2S ve H2O bileşiği içinde bulunmakdır. Bu durumda iki taraftaki H ların dengede olabilmesi ancak 2b = 2e + 2f basitleştirilirse b = e + f olması ile mümkündür.

  4. S elementi denklemin sol tarafında H2SO4 bileşiğinde, sağ tarafında ise K2SO4 ve H2S bileşikleri içinde bulunmakdır. Bu durumda iki taraftaki S ların dengede olabilmesi ancak b = c + e olması ile mümkündür.

  5. O elementi denklemin sol tarafında H2SO4 bileşiğinde, sağ tarafında ise K2SO4 ve H2O bileşiği içinde bulunmakdır. Bu durumda iki taraftaki O ların dengede olabilmesi ancak 4b = 4c + f olması ile mümkündür.

Tüm elementler için tanımlamalar bittiğinden katsayılardan birine keyfi bir değer verilir.

  • a katsayısına keyfi olarak 1 değerini verelim ( a = 1).

  • I maddesine göre a = 2c olduğudan, ( c = 1/2) olmalıdır.

  • II maddesine göre a = 2d olduğudan, ( d = 1/2) olmalıdır.

  • III ve IV maddelere göre b = e + f ve b = c + e olduğudan, e + f = c + e olmalıdır. Böylece f = c = 1/2) olmalıdır.

  • V maddeden 4b = 4c + f olduğudan 4b = 4(1/2) + (1/2) olduğudan, b = 5/8 olmalıdır.

  • IV maddeden b = c + e olduğudan 5/8 = 1/2 + e olduğudan, e = 1/8 olmalıdır.

elde edilen katsayılar yerine konulabilir.

\rm KI_ \quad + \quad {5 \over 8 }H_2SO_4 \quad \rightarrow \quad \rm {1 \over 2 } K_2SO_4 \quad + \quad {1 \over 2 }I_2 \quad + \quad {1 \over 8 }H_2S \quad + \quad {1 \over 2 }H_2O

moleküleri kesirli göstermemek için 8 katı alınrsa reaksiyon denklemi daha düzenli olarak aşağıdaki şekilde yazılabilir.

\rm 8KI_ \quad + \quad 5H_2SO_4 \quad \rightarrow \quad \rm 4K_2SO_4 \quad + \quad 4I_2 \quad + \quad H_2S \quad + \quad 4H_2O

Elektron Alış-Verişinin Olduğu Reaksiyon Denklemlerinin Denkleştirilmesi

Reaksiyon sırasında reaksiyona giren element veya bileşiklerdeki atomlar arasında elektron alış verişi meydana geliyorsa, kütle dengesinde olduğu gibi yük dengesi dikkate alınarak da reaksiyon denklemleri denkleştirilebilir. Ancak bunun için reaksiyona giren veya çıkan element ve bileşiklerdeki atomların yükseltgenme basamağının bilinmesi gerekir. Bu nedenle öncellikle element ve bileşik içindeki atomların yükseltgenme basamağı ne olduğu ve hangi değerleri aldığı bilinmesi gerekir. Bu nedenle elektron alış verişinin olduğu reaksiyonların denkleştirilebilmesi için yükseltgenme basamağı kavramının bilinmesini gerektirir.

Yükseltgenme Basamakları

Bu kavram bir atomun bileşiklerindde verdiği veya aldığı ya da bağ yapmakta kullandığı elektron sayısı ile ilişkilidir.

Burada elementlerdeki atomları veya bileşiklerdeki atomların neden bu değerleri aldıkları ileride tartışılacağından, burada tartışılmadan genel kurallardan maddeler halinde bahsedilecektir.

  1. Reaksiyona element olarak katılan türlerin yükseltgenme basamağı 0 dır. Örneğin;
    \rm MgBr_2 + Cl_2 \quad \rightarrow \quad \rm MgCl_2 + Br_2
    reaksiyonunda Cl2 ve Br2 elementinin yükseltgenme basamağı 0 dır. Reaksiyon denklemi denkleştirilmeden önce aşağıdaki gibi gösterilebilir.
    \rm MgBr_2 + Cl^o_2 \quad \rightarrow \quad \rm MgCl_2 + Br^o_2

  2. Molekül veya iyondaki atomların yükseltgenme basamaklarının toplamı, molekül veya iyonun yüküne eşittir. Örneğin;
    CH3OH, Na2CO3 moleküllerindeki atomların yükseltgenme basamağı toplamı sıfırdır.
    Cu+2 iyonunun yükseltgenme basamağı +2, Cr2O7-2 iyonundaki tüm atomların yükseltgenme basamağı toplamı -2 dir.

  3. 1. Grup metallerinin atomları bileşiklerinde +1 yükseltgenme basamağına, 2. Grup metallerinin atomları bileşiklerinde +2 yükseltgenme basamağına sahiptir. Yukarıdaki örneği buna göre
    \rm Mg^{+2}Br_2 + Cl^o_2 \quad \rightarrow \quad \rm Mg^{+2}Cl_2 + Br^o_2
    şeklinde güncelleyebiliriz.

  4. Metallerle yaptığı ikili bileşiklerinde
    7. Grup elementlerinin yükseltgenme basamağı -1
    6. Grup elementlerinin yükseltgenme basamağı -2
    5. Grup elementlerinin yükseltgenme basamağı -3
    dir.Bu nedenle yukarıdaki örneği;
    \rm Mg^{+2}Br_2^{-1} + Cl^o_2 \quad \rightarrow \quad \rm Mg^{+2}Cl_2^{-1} + Br^o_2
    şeklinde güncelleyebiliriz.
    Bu örnekte de görüldüğü gibi yüksüz moleküllerdeki atomların yükseltgenme basamağı toplamı 2. maddede belirtildiği gibi 0 dır.

  5. Florun bileşiklerinde yükseltgeme basamağı -1 dir.

  6. Oksijenin bileşiklerinde yükseltgenme basamağı -2 dir. Ancak peroksit bileşiklerinde -1, flor ile yapmış olduğu bileşikte +2 dir. Örnekleri inceleyin.
    Su molekülünde; H2+1O-2 : bu örnekte oksijen -2 yükseltgenme basamağına sahiptir.
    Hidrojen peroksit ve diğer peroksit molekülünde; H2+1O2-2 : bu örnekte oksijen -1 yükseltgenme basamağına sahiptir. Özel durumdur.
    oksijen florür molekülünde ; O+2F2-1 : bu örnekte oksijen +2 yükseltgenme basamağına sahiptir. Özel durumdur.

  7. Hidrojen bileşiklerinde yükseltgeme basamağı +1 dir. Ancak hidrür bileşiklerinde yükseltgenme basamağı -1 dir. Örneğin;
    NaH bileşiğinde Na+1H-1 dir.

Elektron alış verişinin olduğu sistemlerde reaksiyonlar nasıl denkleştirildiğini anlayabiliriz. Bunun için aşağıdaki örneği ele alalım.

\rm HBr \quad + \quad H_2SO_4 \quad \rightarrow \quad \rm H_2O \quad + \quad SO_2 \quad + \quad Br_2 \quad

reaksiyonunu ele alalım. Öncelikle herbir atomun yükünü belirtecek şekilde denklemi yeniden yazalım.

\rm H^{+1}Br^{-1} \quad + \quad H^{+1}_2S^{+6}O^{-2}_4 \quad \rightarrow \quad \rm H^{+1}_2O^{-2} \quad + \quad S^{+4}O^{-2}_2 \quad + \quad Br^{o}_2 \quad

Yukarıdaki maddeleri inceleyerek neden H2SO4 deki kükürtün +6, SO2 deki kükürtün neden +4 yükseltgenme basamağına sahip olduğunu bulun. Bu örnekte S ün yükseltgenme basamağının değiştiğini görebilirsiniz.

Yukarıdaki maddeleri inceleyerek neden Br un -1 yükseltgenme basamağından 0 yükseltgenme basamağına değiştiğini bulun.

Herbir atom için benzer şekilde değerlendirin.

Bu örnekte görüldüğü gibi reaksiyon sırasında kükürtün 2 elektron alırken bromun 2 elektron kaybettiğine dikkat edin. Bunu aşağıdaki şekilde yazabiliriz.

(I)           \rm 2Br^{-1} \quad \rightarrow \quad \rm \quad Br^{o}_2 \quad + 2e^-

(II)          \rm S^{+6} \quad + \quad 2e^- \rightarrow \quad \rm \quad S^{+4}


(III)         \rm 2Br^{-1} \quad + \quad S^{+6} \quad + \quad \rightarrow \quad \rm \quad Br^{o}_2 \quad + \quad S^{+4}

Alınan verilen elektron sayılarını denkleştirmek için brom içeren denkleme 2 katsayısının konulduğuna dikkat edin. Böylece I ve II nolu denklemler toplanarak III nolu denklem elde edilmiştir.

Burada bulunan katsayılar denklemde yerine konur.

\rm 2HBr \quad + \quad H_2SO_4 \quad \rightarrow \quad \rm H_2O \quad + \quad SO_2 \quad + \quad Br_2 \quad

Denklem indirgenme yükseltgenme açısından sağlanmıştır. Ancak kütle dengesi açısından sağlanmadığı görülüyor. Kütle dengesi de yukarıda anlatıldığı şekilde sağlanmalıdır. Böylece H2O nun katsayısının da 2 olması gerektiği kolayca görülebilir.

\rm 2HBr \quad + \quad H_2SO_4 \quad \rightarrow \quad \rm 2H_2O \quad + \quad SO_2 \quad + \quad Br_2 \quad


 

Kaynaklar