DENEY RAPORU. Temperatür Deimesinin Reaksiyon Hızı Üzerine Etkisi (4 No lu Deney)

Transkript

1 M.Hilmi EREN Fizikokimya III Lab. 2.Deney Grubu DENEY RAPORU DENEY ADI Temperatür Deimesinin Reaksiyon Hızı Üzerine Etkisi (4 No lu Deney) DENEY TARH 24 MART 2003 Pazartesi AMAÇ HI Hidrojen yodür ün H 2 O 2 Hidrojen Peroksit ile oksidasyonunun incelenerek, reaksiyon hızının ve aktivasyon enerjisinin hesaplanması TEORK BLG Reaksiyon hızı, reaksiyona giren veya reaksiyondan çıkan maddelerin birim zamanda konsantrasyonlarındaki deime olarak tanımlanır. A 2 (g) + B 2 (g) 2AB (g) eklinde bir reaksiyon düünürsek A 2 ve B 2 molekülleri biribirinden uzakta olduu sürece aralarında bir kimyasal deime olmaz. Kimyasal bir deime için bu moleküller biribirleriyle çarpımalıdır. Çarpıma çok hızlı iki molekül arasında olduunda moleküllerin elektron bulutları biribirinin içine girer. Bunu iki molekülün biribiri içine girmi karıımı olarak düünürsek bu karıım haline aktif kompleks denir. Potansiyel Enerji A 2, B 2 Aktif Kom pleks Aktivasyon Enerjisi Reaksiyon Isısı 2AB Reaks iyon Koordinatı Aktif kompleksin potansiyel enerjisi en yüksektir. Çünkü aktif kompleks halinde elektron bulutları ve çekirdekler arası itme kuvvetleri çekme kuvvetlerinden daha fazladır. Bu nedenle kararlı deillerdir ve potansiyel enerjilerini düürmek isterler.

2 Kararlı hale geçmek için iki seçenek vardır. A 2 ve B 2 molekülleri haline geri dönmek veya AB moleküllerini oluturmak. Eer moleküller büyük bir hızla çarpımılarsa AB molekülü oluur. Potansiyel enerji düer ve kinetik enerji artar. Aktif komplekse varabilmek için belirli bir enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerjiye aktivasyon enerjisi denir. Aktivasyon enerjisi reaksiyonun olabilmesi için aılması gereken bir enerji engelidir. Reaksiyon Hızına Etki Eden Etmenler 1. Reaksiyona Giren Maddelerin Özellikleri 2. Sıcaklıın Etkisi 3. Konsantrasyonun Etkisi 4. Katalizörün Etkisi 1. Reaksiyona Giren Maddelerin Özellikleri Bir kimyasal olayda moleküller parçalanmakta ve yeniden düzenlenerek yeni moleküller meydana getirmektedirler. Eer molekülü meydana getiren atomlar kuvvetli kimyasal balarla balanmısa bu baların koparılması güçtür. Bu durumda aktif komplekse varabilmek için daha yüksek bir enerjiye gerek vardır. Aktivasyon enerjisi yüksek olduu zaman yeni moleküllerin meydana gelmesi yava olur. 2. Sıcaklıın Etkisi Kinetik enerji sıcaklıkla orantılı olduuna göre, yüksek sıcaklıktaki bir gazın molekülleri daha yüksek bir kinetik enerjiye sahiptir. Sıcaklık reaksiyon hızına iki yönde etki eder. Birincisi çarpıma sayısı, ikincisi ise etkili çarpıma sayısıdır. Çarpımaların hepsi kimyasal reaksiyon vermez. Hızları aktivasyon enerjisinden yüksek olanlar reaksiyon verir, dierleri eski haline geri döner. Sıcaklıı arttırmakla hem moleküllerin çarpıma sayısını, hem de etkili çarpıma sayısının toplam çarpıma sayısına oranını arttırmı oluruz. Bu nedenle sıcaklıın yükselmesi reaksiyon hızını arttırır. Basit reaksiyonlar için sıcaklık ile hız sabiti arasındaki baıntı k = A e Ea/RT denklemi ile verilir. Bu eitliin her iki tarafının logaritması alınırsa aaıdaki denklem bulunur. log k = log A - E a 2,303 RT Deiik sıcaklılardaki hız sabitleri ölçülürse log k ile 1/T arasında çizilecek grafiin eimi E a Aktivasyon enerjisini verir. Yalnız iki farklı sıcaklıktaki hız sabiti ve bunların oranı biliniyorsa aktivasyon enerjisi aaıdaki formül ile bulunabilir. k E a T - T' log = k' 2,303 RT T T'

3 3. Konsantrasyonun Etkisi Konsantrasyon birim hacimdeki madde miktarı olduuna göre, konsantrasyonu arttırdıımızda aynı hacimdeki molekül sayısını arttırmı oluyoruz demektir. Bu artı saniyedeki çarpıma sayısının artmasına sebep olacaktır. Bu da reaksiyon hızının artması demektir. 4. Katalizörün Etkisi Katalizörler reaksiyon sonunda hiçbir deiiklie uramadıkları halde reaksiyon hızını deitirebilen maddelerdir. Fakat katalizörler reaksiyon süresince deiebilir fakat reaksiyon sonunda deiiklie uramaz. Potasyum klorat ın ısıtılması yoluyla oksijenin elde edilmesi olayını örnek alalım. 2KClO 3 (k) 2KCl (k) + 3 O 2 (g) Potasyum klorattaki atomlar yeniden düzenlenerek KCl ve O 2 meydana getireceklerdir. Bunun için atomlar eski yerlerinden kopmaya ve yeniden düzenlenmeye hazır bir duruma gelmelidir. Potasyum klorata bir miktar MnO 2 karıtırdıımızda reaksiyon daha düük sıcaklıklarda olur. MnO 2, KClO 3 ile bir aktif kompleks meydana getirir. Bu kompleksin enerji seviyesi KClO 3 ün yalnız baına meydana getirdii aktif kompleksinkinden daha düüktür. Aktivasyon enerjisi düük olacaına göre reaksiyon veren KClO 3 sayısı artacaktır. Aktif kompleks MnO 2, KCl ve O 2 haline döndüünden MnO 2 reaksiyon sonunda bir deiiklie uramaz ve aktivasyon enerjisini düürerek reaksiyon hızını artırır. Aktivasyon enerjisini arttıran katalizörler ise reaksiyon hızını yavalatır. Potansiyel Enerji Aktif Kom pleks E ' E Reaks iyon Koordinatı Aktivasyon enerjisi katalizör kullanıldıında azalmıtır. E : Katalizörsüz aktivasyon enerjisi, E : Katalizör kullanıldıı zamanki aktivasyon enerjisi

4 DENEYN YAPILII Deneyimizde Hidrojen yodür ün Hidrojen Peroksit ile reaksiyonunu inceleyerek aktivasyon enerjisini hesap edeceiz. 200 ml su içine 3 ml deriik sülfirik asit, 5-6 damla niasta, 1 gr Potasyum yodür ve 2 ml 0,1 N Sodyum Tiyosülfat ilave edilip manyetik karıtırıcı ile karıtırılır. Çözeltinin buz banyosunda souması salanır. 2 ml Hidrojen Peroksit buz banyosunda çözelti ile aynı ısıda olması için bekletilir. Çözeltimizin saklıı 12 ºC de dengede kalır. Çözeltiye 2 ml hidrojen peroksit ilave edilir ve önceden hazırlanmı 2 adet kronometreden I. kronometre çalıtırılır. Bu anda aaıdaki reaksiyon meydana gelecektir. H 2 O 2 + 2HI I 2 + H 2 O Üç moleküllü (termoleküler) olan bu reaksiyon II. mertebeden olup iki kademede meydana gelir. HI + H 2 O 2 HIO + H 2 O HI + HIO I 2 + H 2 O Burada reaksiyon hızını yava olan I.kademe tayin eder. Reaksiyon sırasında oluan iyodu sodyum tiyosülfat ile indirgeyerek ve meydana gelen sodyum iyodürü ortamdaki asit ile reaksiyona sokarak deneme süresince hidrojen iyodür konsantrasyonunun sabit kalması salanır. I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 Na 2 S 4 O 6 + 2NaI NaI + H 2 SO 4 NaHSO 4 + HI Ortamdaki I 2 ler Na 2 S 2 O 3 tarafından indirgendii için niastanın mavi rengi gözükmez. lave edilen Na 2 S 2 O 3 ün tamamı reaksiyona girdikten sonra oluan I 2 ile niasta mavi renk verir. Bu renk görülünce I.kronometre durdurulur ve 1 ml Na 2 S 2 O 3 ilave edilerek II. kronometre çalıtırılır. I.kronometrede geçen süre kaydedilir. Tekrar mavi renk oluunca II. kronometre durdurulur ve I. Kronometre çalıtırılarak II. kronometreden geçen süre kaydedilir. Bu ileme 10 ml Na 2 S 2 O 3 harcanıncaya kadar devam ederiz. Aynı ilemler oda sıcaklıında tekrarlanır. Sıcaklık 21ºC olarak ölçülmütür. 12ºC ve 21ºC de yapılan ölçüm sonuçları aaıya çıkarılmıtır. Na 2 S 4 O 6 Sarfiyatı (ml) T = 12 C T'= 21 C t süreleri (sn) t'süreleri (sn) t'/t , , , , , , , , , ,40 Ortalama 76,00 30,00 0,39

5 k E t / t = k / k olduuna göre a T - T' log = formülünde E a k' 2,303 RT T T' aktivasyon enerjisini çekip, deerleri yerine koyalım. E a = log k.2,303 R k' T - T' T T' E a = log 0,39.2,303.8, erg.mol -1.K K - 374K 310 K. 374 K E a = 1, erg.mol -1 E a = cal.mol -1 SONUÇ Reaksiyon hızına etki eden faktörlerden; reaksiyona giren maddelerin özellikleri, konsantrasyonun etkisi, katalizörün etkisi sabit tutularak sadece sıcaklık deitirildii zaman reaksiyon hızı ve hız sabiti arasındaki oran eit olmaktadır. t / t = k / k oranı ile reaksiyon hız sabitini hesap edebiliriz. Aktivasyon enerjisi; aktif komplekse varabilmek için gerekli olan enerji olduuna göre sıcaklık deiimi ve reaksiyon hızı verileri ile aktivasyon enerjisini de hesaplayabiliriz.