STOKİYOMETRİ. Kimyasal Tepkimelerde Kütle İlişkisi

Transkript

1 STOKİYOMETRİ Kimyasal Tepkimelerde Kütle İlişkisi Sülfür oksijen içerisinde yanarak kükürt dioksit oluşturur. Modeller elementel sülfürü (S8), oksijeni ve kükürt dioksit moleküllerini göstermektedir. Her gün yaklaşık 50 milyon ton SO 2 atmosfere salınmaktadır. Kimyasal tepkimelerde yer alan elementler ve bileşikler arasındaki nicel bağıntılarla ilgilenen kimya dalına stokiyometri denir.

2 Mikro Dünya atomlar & moleküller Makro Dünyada gram Atomik Kütle atomun atomik kütle birimi cinsinden kütlesidir (akb) Tanım Olarak: 1 atom 12 C =12 akb dur 12 C atomunun 1/12 sine 1 akb denir. On this scale 1 H = 1,008 amu 16 O = 16,00 amu

3 Periyodik cetvelde C un kütlesi değil dir? Karbon atomunun izotoplarının doğada bulunma oranları ilgilidir. Ortalama Atom Kütlesi Karbonun Ortalama Kütlesi: 12 C nin doğada bulunma yüzdesi (0,9890) x C nin doğada bulunma yüzdesi (0,0110) x 13,00335 = 12,01 akb

4 Lityum doğada 7,42% 6 Li (6,015 akb) 92,58% 7 Li (7,016 akb) Lityumun ortalama atomik kütlesi 7,42 x 6, ,58 x 7, = 6,941 akb 4

5 Average atomic mass (6.941) 5

6 Avogadro Sayısı ve Elementlerin Mol Kütleleri Kimyacılar atom ve molekülleri ölçmek için mol kavramını kullanırlar. SI birim sistemine göre mol, 12 g (0,012 kg) C-12 izotopunun içerdiği atom sayısı kadar tanecik (atom, molekül yada diğer tanecikler) içeren madde miktarıdır. 12 g C-12 de bulunan gerçek atom sayısı deneysel olarak tayin edilir. Bu sayı Avagadro Sayısı olarak adlandırılır. Genellikle, avagadro sayısı 6.022x10 23 e yuvarlatılır.

7 Karbon (siyah kömür tozu) Değişik elementlerin birer molleri Kükürt (sarı toz) Bakır (kablo) Civa (parlak sıvı metal) Demir (çivi)

8 2 tanecik? tanecik/yıl = 6,5 x 10 9 insan x x 1 insan 1 saniye 3600 saniye 1 saat 24 saat x x 1 gün 365 gün 1 yıl = 4,1 x 1017 tanecik 1 yıl Toplam zaman = 6,022 x tanecik 4,1 x10 17 tanecik/yıl = 1,5 x 10 6 yıl

9 1 mol C-12 atomunun tam kütlesi 12 g olup 6,022x10 23 atom içerir. Karbon-12 nin bu kütlesi mol kütlesi (M) dir. Buna göre Sodyum (Na) atomunun kütlesi 22,99 akb ve mol kütlesi 22,99 g, Fosfor (P) elementinin atom kütlesi 30,97 akb ve mol kütlesi 30,97 g dır. Bir 12 C atomunun kütlesi? g 12C atomu = 1 mol 12C 6,022 x C atomu x 12,00 g 12C 1 mol 12C = 1,993 x g 12 C atomu akb/g = 1 12 C atom/1,993 x10-23 g x 12 akb/1 12 C atom = 6,022 x10 23 akb/g

10 Molekül Kütlesi (M) Bileşik içerisindeki atomların kütlelerini bilirsek, molekülün kütlesini de hesaplayabiliriz. Molekül kütlesi (bazen molekül ağırlığı da denir) molekül içindeki atomların kütleleri (akb) toplamıdır. Örneğin su (H 2 O) molekülünün kütlesi; 2 x (H atomu kütlesi) + O atomu kütlesi = 2x (1,008) + 16,00 = 18,02 akb Suyun molekül kütlesi 18,02 akb, mol kütlesi de 18,02 g dır. 1 mol su 18,02 g olup 6,022x10 23 tane H 2 O molekülden oluşur

11 SO 2 1S 2O SO 2 32,07 akb + 2 x 16,00 akb 64,07 akb Herhangi bir molekül için Molekül Kütlesi (akb) = Molar Kütle (gram) 1 molekül SO 2 = 64,07 akb 1 mol SO 2 = 64,07 g SO 2

12 Örnek: C 8 H 10 N 4 O 2 (kafein) bileşiğinin molekül kütlesi? C 8 H 10 N 4 O 2 nin mol kütlesi = 8(12,01 akb) + 10(1,008 akb) + 4(14,01 akb) + 2(16,00 akb) = 194,20 akb 1 mol C 8 H 10 N 4 O 2 = 194,20 g, 194,20 g C 8 H 10 N 4 O 2 6,022x10 23 tane C 8 H 10 N 4 O 2 molekül içerir 1 mol C 8 H 10 N 4 O 2 de 8 mol C, 10 mol H, 4 mol N ve 2 mol O vardır

13 0,551 g potasyumda (K) kaç tane potasyum atomu vardır? 1 mol K = 39,10 g K 1 mol K = 6,022 x atom K 0,551 g K x 1 mol K 39,10 g K x 6,022 x 1023 atoms K 1 mol K = 8,49 x atoms K 13

14 Kütle Spektrometresi Atom ve molekül kütlelerinin doğrudan ve en kesin şekilde belirlenmesi kütle spektrometresi ile yapılmaktadır.

15 Bir bileşikte bir elementin Yüzde Bileşimi= n x Elementin Molar Kütlesi Bileşiğin Molar kütlesi x 100% n bileşiğin 1 mol ündeki elementin mol sayısıdır. C 2 H 6 O 2 x (12,01 g) %C = g 6 x (1,008 g) %H = g 1 x (16,00 g) %O = 46,07 g x 100% = 52,14% x 100% = 13,13% x 100% = 34,73% 52,14% + 13,13% + 34,73% = 100,0% 15

16

17 % Kütle Elementlerin mol sayısı Elementlerin mol oranları Grama dönüştür ve molar kütleye böl Mol sayılarının en küçüğüne böl Alt indisleri tamsayıya dönüştür Yüzde Kompozisyon ve Kaba (Ampirik) Formüller Aşağıdaki bileşimi kütlece verilen bir bileşiğin ampirik formülünü belirleyin: K :%24,75, Mn :%34,77, O :%40,51 n K = 24,75 g K x n Mn = 34,77 g Mn x n O = 40,51 g O x 1 mol K g K 1 mol Mn g Mn 1 mol O g O = 0,6330 mol K = 0,6329 mol Mn = 2,532 mol O Ampirik formül

18 % Kütle Elementlerin mol sayısı Elementlerin mol oranları Grama dönüştür ve molar kütleye böl Mol sayılarının en küçüğüne böl Alt indisleri tamsayıya dönüştür n K = 0,6330, n Mn = 0,6329, n O = 2,532 0,6330 K : ~ 1,0 0,6329 Mn : 0,6329 0,6329 = 1,0 2,532 O : ~ 4,0 0,6329 KMnO 4 Ampirik formül

19

20 11,5 g etil alkol yakıldığında 22,02 g CO 2 ve 13,5 g H 2 O oluştuğunu varsayalım,

21

22

23 Molekül Formüllerinin Bulunması Gerçek molekül formülünün bulunabilmesi için, yaklaşık molekül kütlesinin de bilinmesi gerekir. N 2 O 4 in gerçek mol kütlesi= 2 x 46,01 g = 92,02 g

24 Kimyasal Tepkimeler ve Kimyasal Eşitlikler Kimyasal tepkime, bileşik ya da bileşiklerin değişerek yeni bileşik veya bileşikler oluşturduğu bir işlemdir. Kimyasal eşitlik ise kimyasal tepkimelerde ne olduğunu göstermek için kimyasal simgeler kullanılarak yazılan eşitliktir. Kimyasal Eşitliklerin Yazılması: Örneğin, hidrojen gazının havada yanması ve su oluşturması sırasında oluşan tepkime şu şekilde verilebilir. "+" işaretinin anlamı H 2 ve O 2 "tepkimeye girer", ok işaretinin anlamı bu tepkime "ürün verir"dir. Bu simgelerin okunuşu "hidrojen molekülü oksijen molekülü ile tepkimeye girerek su oluşturur" şeklindedir. Tepkime ok işaretinin gösterdiği yönde soldan sağa doğru gerçekleşir. Yukarıdaki Yukarıdaki eşitlik denk değildir, çünkü eşitliğin sol tarafında, tarafında, sağ tarafa göre bir fazla oksijen atomu bulunmaktadır. Kütlenin korunumu kanununa göre, aynı tür atomların ok işaretinin her iki yanında eşit sayıda bulunması gerekir. Bu eşitliği denkleştirmek için H 2 molekülü ve H 2 O molekülü önüne uygun bir sayı (burada 2 sayısı) yazılır.

25

26 Kimyasal Eşitliklerin Denkleştirilmesi Kimyasal eşitliklerin denkleştirilmesinde aşağıdaki basamaklar uygulanır. 1. Eşitliklerin sol ve sağına yazılacak tepken ve ürünlerin doğru formülleri belirlenir. 2. Farklı katsayılar denenerek, eşitliğin her iki tarafındaki atomların sayıları denkleştirilir. 3. Kimyasal tepkimeler denkleştirilirken, ilk olarak eşitliğin her iki tarafında yalnızca bir kez yer alan ve her iki taraftaki atom sayıları eşit olan elementlere bakılır. Bu elementleri içeren formüllerin katsayıları eşit olmalıdır. Sonra, eşitliğin her iki tarafında, birer kez yer alan ancak, atom sayıları eşit olmayan elementler ele alınır ve elementler eşitlenir. Son olarak, eşitliğin aynı tarafında iki yada daha fazla formülde ortaya çıkan elementler denkleştirilir. 4. Eşitliğin her iki tarafı kontrol edilerek, her iki yandaki atomların denk olduğu kontrol edilir.

27 Potasyum klorat ısıtıldığında O 2 gazı ve KCl oluşur

28

29 Tepkenler ve Ürünlerin Miktarı: Tepken veya ürünlerin birimi mol, gram, litre ya da diğer bazı birimler cinsinden verilse bile, tepkimede ürün miktarlarının hesaplanmasında mol birimi kullanılır. Bu yaklaşıma mol yöntemi denir ve basitçe, bir kimyasal tepkimede katsayılar bileşiklerin mol sayılarını belirtir.

30

31 Sınırlayıcı Bileşen ve Tepkime Verimi Tepkimede tamamen tükenen maddeye sınırlayıcı tepken denir. Sınırlayıcı tepken tamamen tükendiğinden, oluşan ürünlerin miktarını belirler. Tepkime verimi Sınırlayıcı Bileşen: H 2 Fazlalık : CO

32 Tepken ve Ürünlerin Miktarı Sınırlayıcı Tepken Tepkime Verimi

33 Ek ve Özellikli Problemler