Reaksiyon Derecesi ve Hız Sabitlerinin Bulunması

Transkript

1 ERİYES ÜNİVERSİTESİ Reaksiyon Derecesi ve Hız Sabilerinin Bulunması MÇ Herhangi bir reaksiyon için reaksiyon derecesi ve hız sabiinin belirlenmesi. ÖN BİLGİ Kimyasal reaksiyonların nasıl, ne hızda ve hangi mekanizma ile yürüdüğünün belirlenmesi için kimyasal kineiğin iyi bilinmesi gereklidir. Bir reaksiyonun hızı ve derecesi ürün oluşuracak şekilde reaksiyona girecek olan moleküllerin sayısına ve reaksiyon kineiğine bağlıdır. n. dereceden bir kimyasal reaksiyonda nın konsanrasyonu ( ve bunun zamanla değişim hızı aşağıdaki eşilik ile anımlanır. d K ( n Bu ifadede K hız sabii olarak isimlendirilir. Eşiliğinin her iki arafının logarimasının alınması ile, d log log K nlog( Deneysel sonuçların yardımıyla bir reaksiyonun hız ve derecesi bulunabilir. Herhangi sabi dereceli bir reaksiyon için reaksiyona giren madde konsanrasyonunun değişimi hızının logariması, reaksiyona giren madde konsanrasyonunun logarimasının fonksiyonu olarak grafiğe akarılırsa ve bu akarım sonucunda veriler bir doğru üzerine düşerse, bu doğrunun eğimi reaksiyonun derecesi olur (Şekil. Sıfırıncı dereceden bir reaksiyon yaay bir çizgi oluşurur ve reaksiyon hızı konsanrasyondan bağımsız olur ve herhangi bir giren konsanrasyonunda aynıdır. Birinci dereceden bir reaksiyon için reaksiyon hızı doğrudan doğruya giren maddenin konsanrasyonuna ve ikinci dereceden eşiliklerde hız giren maddenin karesi ile oranılıdır. Kesirli reaksiyon dereceleri de mümkündür. ncak çoğu hız probleminin çözümü için reaksiyon derecesi am sayı olarak kabul edilir.

2 ERİYES ÜNİVERSİTESİ İkinci Derece log (-d / Birinci derece Sıfırıncı derece log ( Şekil. Log grafik ile reaksiyon derecesinin belirlenmesi Çoğu durumda özel bir anda reakan konsanrasyonunun anlık değişim hızı için sayısal bir değer hesaplamak güçür. Bu problemi önlemek için, belli zaman aralıklarının ( ora nokalarında d dir. Eğer, konsanrasyon aralıklarında ( ora nokadaki konsanrasyonu emsil ediyorsa, eşilik aşağıdaki şekilde yeniden düzenlenebilir. log log K n log( Eğer reakan konsanrasyonu kesikli bir reakörde eşi zaman aralıklarında ölçülürse, bir sabi olur ve ifade, log( Sabi nlog( şeklinde basileşirilebilir. Sıfırıncı Dereceden Reaksiyonlar: Sıfırıncı dereceden reaksiyonlar herhangi bir reakan konsanrasyonundan bağımsız ilerleyen reaksiyonlardır. Örnek olarak ek bir reakanın ek bir ürüne dönüşüğü reaksiyonu göz önüne alalım. Sıfırıncı dereceden kineiğe göre konsanrasyonunun değişimi; d K olarak verilir.

3 ERİYES ÜNİVERSİTESİ = Herhangi bir zamandaki konsanrasyon K = Reaksiyon hız sabii İnegral sabii =0 olduğunda = o olduğundan, o inegral sabii olur = o -K Olarak Birinci Dereceden Reaksiyonlar: Birinci dereceden reaksiyonlar bir reakanın konsanrasyonuna doğrudan doğruya oranılı bir hızda ilerleyen reaksiyonlardır. Reaksiyon hızı konsanrasyona bağlıdır ve zamanla reakan konsanrasyonundaki değişimlerin arimeik grafiği lineer bir şekilde olmayacakır. Bu ürün dönüşümü birinci dereceden bir kineiğe göre olursa, konsanrasyonunun zamanla değişimi; d K olarak verilir. Bu ifadenin inegrali alınır ve =0 olduğunda = o olduğundan o ln K olarak Bu ifade lineer bir hale geirilirse, ln[ ] = ln [ o ] - K Kesikli bir reakörden elde edilen verilerle, ln [] ile arasındaki grafiğin eğiminden bulunan K reaksiyon hız sabii Şekil de göserilmekedir. ( anında kalan reakan konsanrasyonu o ln ln o / / o Şekil. Sıfırıncı-Birinci-İkinci dereceden reaksiyonların hız sabiinin bulunması

4 ERİYES ÜNİVERSİTESİ İkinci Dereceden Reaksiyonlar: Reaksiyon derecesi farklı hız kanunlarındaki reakan konsanrasyonlarının üssel oplamı olarak ifade edilir. Özel bir üssün sayısal değeri kimyasal üre bağlı olarak reaksiyonun derecesini göserir. Tek bir reakan içeren bir reaksiyon göz önüne alındığında, ikinci dereceden bir reaksiyon reakan konsanrasyonunun ikinci kuvveine oranılı bir hızda ilerler. Bu durum bir maddenin molekülünün ek bir ürünü oluşurmak üzere reaksiyona girdiğini göserir. İkinci dereceden bir reaksiyonda konsanrasyon değişimi, d K ile ifade edilir. Bu ifadenin inegrali alınır ve düzenlenirse K o İkinci dereceden bir reaksiyonun hız sabiini bulmak için / ve arasındaki grafik çizilecek olursa Şekil deki gibi bir grafik KULLNILK MLZEMELER - Reakör - Karışırıcı - Poasyum iyodür ve Poasyum persülfa kimyasalları İŞLEM SIRSI - İyodürün persülfala oksidasyonuna ai reaksiyon hız sabii ayin edilecekir. ( I S O 8 I + SO - 4-8,3 gram KI alınarak 500 ml disile suda çözülerek bir reaköre konulur N persülfa çözelisinden 500 ml eklenir. - 5, 0, 5, 0, 30, 40 ve 60. dakikalarda 5 er ml numune alınarak sodyum iyosülfa (Na S O 3 çözelisi ile ire edilir. Sarfiyalar kaydedilir.

5 ERİYES ÜNİVERSİTESİ SONUÇLR VE HESPLM - Deneyde gerçekleşen reaksiyonun hız sabiini, aşağıda belirilen şekilde, MS Excel de çizdiğiniz grafiğin eğiminden bulunuz. - Reaksiyon hız sabii k, zamana ( karşı ln KI KI o arasındaki grafiğin eğiminden hesaplanabilir. Herhengi bir anındaki KI konsanrasyonu ise KI KIo N V V ile hesaplanır. Burada; KI o =Başlangıç KI konsanrasyonu (0. N N = Na S O 3 çözelisinin normaliesi V =Tirasyonda sarf edilen Na S O 3 çözelisinin hacmi (ml =Tire edilen numune hacmi (ml V DEĞERLENDİRME - Reaksiyon hızları Çevre Mühendisliğinde hangi alanlarda önem eşkil eder? - Birinci dereceden bir reaksiyonda reaksiyon başladıkan 0 dakika sonra reakanın % 50 sinin kaldığı görülmüşür. Bu reaksiyonun hız sabii nedir? KYNKLR. Çevre Mühendisliğinde Temel İşlemler Laborauarı - Noları, aürk Üniversiesi Doç. Dr. Ergün YILDIZ.