1 Kimyasal Tepkimeler Kimyasal olaylar elementlerin birbirleriyle etkileşip elektron alışverişi yapmaları sonucu oluşan olaylardır. Bu olaylar neticesinde bir bileşikteki atomların sayısı, dizilişi, bağ türleri ve cinsleri değişebilir. Dolayısıyla fiziksel ve kimyasal özellikleri tamamen farklı başka maddeler meydana gelir. Çevredeki olaylara dikkat edildiğinde binlerce kimyasal olayın olduğu görülür. Örneğin yanma, çürüme ve mayalanma gibi olaylar kimyasal olaylardır. Bu kimyasal olayların her biri ayrı ayrı tepkimelerle ifade edilir. Kimyasal tepkimeler elementlerin simgeleri ve bileşik formülleri kullanılarak kolayca ifade edilebilirler. Tepkimeye giren maddelere girenler veya reaktifler denir eşitliğin sol tarafında gösterilirler. Tepkime sonucu oluşan maddelere ise ürünler denir ve eşitliğin sağ tarafında gösterilirler. Eşitlik ise bir ok ( ) ile ifade edilir. Dolayısıyla bir reaksiyon genel olarak; Reaktifler Ürünler şeklinde ifade edilir. Örneğin A ve B maddeleri tepkimeye giren maddeler, C ve D maddeleri de reaktifler olarak kabul edilirse, kimyasal tepkime aşağıdaki şekilde gösterilir. A, B, C ve D nin aa + bb cc + dd Burada a, b, c ve d katsayılar olup genelde birer tamsayıdır. Benzer şekilde 5 o C de hidrojen ve oksijen gazlarından suyun oluşumu; H (g) + ½ (g) H Tepkimesi ile ifade edilir. Atom ve moleküllerden kaçar tanesinin tepkimeye girdiği veya çıktıkları sağ alt indis olarak ifade edilir ancak katsayı 1 ise yazılmaz. Gerektiğinde maddelerin fiziksel halleri de sembollerinin sağında indis olarak katı, sıvı, gaz (g) olarak parantez içinde yazılır. Bir diğer tepkime olan CaC ve H S ten CaS, C ve H nun oluşumu ise aşağıdaki tepkime ile gösterilir. CaC + H S CaC + C + H
Kimyasal tepkimelerin denkleştirilmesi Kimyasal tepkimelerin denkleştirilmesi kütlenin korunumu kanunundan faydalanılarak yapılır. KİMYASAL KANUNLAR 1. Kütlenin korunumu kanunu Bir kimyasal tepkimede reaksiyona giren maddelerin atom sayıları ve çeşitleri her zaman korunur. Dolayısıyla bir kimyasal tepkimede her zaman; Reaktiflerin atom sayısı ve çeşidi = Ürünlerin atom sayısı ve çeşidi Kimyasal tepkimelerde atom sayısı ve çeşidi korunduğundan dolayı kütle de korunur. Dolayısıyla bir kimyasal tepkimede her zaman; Reaktiflerin kütlesi = Ürünlerin kütlesi Kimyasal tepkimelerde atom sayısı ve çeşidinin korunmasından faydalanılarak bir çok kimyasal tepkime kolayca denkleştirilebilir. Örneğin, CH ve nin C ve H ya dönüşme tepkimesini düşünelim. Tepkime; CH + C + H şeklinde yazılır. Daha sonra atom sayılarının eşitlenmesi için ve H nun başına katsayısı konarak reaksiyon denkleştirilir ve aşağıdaki şekilde yazılır. CH + C + H Tepkimeleri denkleştirmenin bir başka yolu da katsayı yöntemidir. Bu yöntemde tepkimedeki her maddenin başına harf cinsinden bir katsayı konularak harfler arasında eşitlikler yazılır. Daha sonra en küçüğü bir alınarak diğer harflerin rakamsal değerleri bulunur ve tepkimede söz konusu maddelerin başına konur. Örneğin Tepkimesinde C H 8 + C + H ac H 8 + b cc + dh
Şeklinde a, b, c, d şeklinde katsayılar konur. Reaksiyonun sağındaki ve solundaki C, H ve atomları sayıları eşit olacağından, C atomu için a : c H atomu için 8a : d atomu için b : c + d şeklinde eşitlikler yazılır. Dikkat edilirse burada en küçük katsayı olan a: 1 alındığında, b: 5, c:, d: bulunur. Bu katsayılar yerlerine yazıldığında tepkime aşağıdaki gibi denkleşmiş olur. C H 8 + 5 C + H Tepkimelerin denkleştirilmesi için kullanılan katsayılar her zaman simge ya da formüllerin başına konur. Bu katsayılar asla sağ alt indis olarak konmamalıdır ve sağ alt indisteki katsayılar değiştirilmemelidir. Çünkü bu katsayılar değiştirilirse tepkimedeki maddelerin cinsleri değiştirilmiş olur. Soru: Aşağıda verilen tepkime denklemlerini katsayı yöntemine göre denkleştiriniz. a) KCl KCl b) H H C H C 7 Tepkime Çeşitleri Tepkime denklemlerini, tepkimede oluşacak ürünlerin cinslerini tahmin edebilmek ve denklemleri kolayca denkleştirmek için bazı tepkime çeşitlerini bilmekte büyük yararlar vardır. Ayrıca kimyasal hesaplamaların kolay yapılabilmesi için de tepkime çeşitlerinden önemli olanlarını bilmek gerekir. Burada kimyada sık sık kullanılan önemli tepkime çeşitleri verilecektir. 1. Yanma (oksitlenme) tepkimeleri Yanma veya oksitlenme oksijen ile tepkimeye girmek demektir. Birçok element ve bileşik ile kolayca tepkimeye girerek yanar ya da oksitlenir. Örneğin C, H ve S elementleri sırasıyla C, C, H, S ve S bileşiklerini oluşturarak yanarlar. Bu tepkimeler, C 1 C
C C H S S S S CH8 5 C şeklinde ifade edilebilirler. Bu tepkimelere dikkat edilirse her zaman C sayısı kadar C, S sayısı kadar S veya S, hidrojen atomu sayısının yarısı kadar su oluşmaktadır. Bu durum birçok reaksiyonda bize pratiklik sağlamaktadır.. Ayrışma (analiz) tepkimeleri Bir bileşiğin kendisinden daha basit yapılı bileşiklere ya da kendi elementle ayrıştırılmasına analiz denir. Ayrışma reaksiyonlarının meydana gelebilmesi için enerji gereklidir. Dolayısıyla bu tip tepkimeler endotermiktir. Bu tip tepkimelerin standart şartlarda gerçekleşen bazı örnekleri aşağıda verilmiştir. A grubu karbonatları ve bikarbonatlar ısı ile ayrışırken 1A grubu karbonatları ayrışmaz. CaC NaHC KCl Ca (g) C (g) NaC C (g) KCl (g) Ayrıca elektroliz tepkimeleri de bu gruba girer. Örneğin H nun elektrolizi sonucu H ve gazları oluşur. H (g) (g) Elektroliz: Bir bileşiğin elektrik enerjisiyle kendi elementlerin ayrıştırılmasına elektroliz denir.. Birleşme (sentez) tepkimeleri Birden fazla element veya bileşiğin kimyasal tepkime sonucu birleşerek yeni bileşikler oluşturmalarına sentez adı verilir ve söz konusu tepkimelere de sentez tepkimeleri denir. Sentez tepkimeleri analiz tepkimelerinin tersidir. Bu tür tepkimeler genellikle ekzotermiktirler. Örneğin H ve gazları birleşerek H bileşiğini oluşturmaları bir
5 sentez tepkimesidir. Sentez tepkimelerinin bazı örnekleri aşağıda verilmiştir. H Fe N K (g) (g) S (g) FeS (g) NH (g) KH(suda). Yer değiştirme tepkimeleri Yer değiştirme tepkimeleri elementlerin aktiflikleri ile ilgilidir. Aktifliği büyük olan elementler aktifliği küçük olan elementlerle yer değiştirirler. Bu tip reaksiyonların doğru tahmin edilebilmesi için elementlerin aktiflik sıralamalarının bilinmesi gerekir. Elementlerin aktiflik sıralaması ile ilgili bilgiler Bölüm X de ayrıntılı olarak inceleneceğinden burada önemli olan bazı aktiflik bilgileri verilecektir. Hidrojen atomundan daha kolay elektron veren metallere aktif metal, daha zor elektron veren metallere ise soy ve yarı soy metaller denir. Yarı soy metaller Cu, Hg ve Ag, soy metaller ise Au ve Pt dir. Soy ve yarı soy metaller dışında kalan diğer metallerin tümü aktif metaldir. Soy ve yarı soy metallerin aktiflik sıralamaları (elektropozitiflikleri) aşağıdaki gibidir. Au Pt Ag Hg Cu Aktiflik artar Ayrıca metallerin aktifliklerinin (elektropozitiflikleri) bir periyotta soldan sağa doğru azalacağı ve bir grupta yukarıdan aşağıya doğru artacağı, ametallerin aktifliklerinin (elektronegatiflik) ise bir periyotta soldan sağa doğru artacağı ve bir grupta yukarıdan aşağıya doğru azalacağı unutulmamalıdır. Yer değiştirme tepkimelerinin bazı örnekleri aşağıda verilmiştir. Zn K H MgI (suda) CuS ZnS Cu (suda) (suda) 1 KH (suda) (g) MgF I (suda) F (g)
6 5. Metallerin asitlerle olan tepkimeleri Aktif metaller asitlerle tepkimeye girerek tuz ve H gazı oluştururlar. Aktif metal + Asit Tuz + H (g) Bu tip tepkimelerin bazı örnekleri aşağıda verilmiştir. Na + HCl Mg + H S Al + HN NaCl + 1/H (g) MgS + H (g) Al(N ) + /H (g) 6. Yarı soy metallerin asitlerle olan tepkimeleri Yarı soy metaller (Cu, Ag ve Hg) oksijensiz asitlerle tepkime vermezler ancak oksi asitlerden yükseltgen özellik gösteren H S ve HN ile tepkime verirler ancak bu tepkimelerde H gazı açığa çıkmaz çünkü bu metallerin aktifliği H den daha düşüktür. Cu Cu Ag Ag Cu Ag S N N 8HN N (suda) (suda) S (suda, Der) (suda,der) (suda,sey) (suda,sey) CuS Cu(N (suda) ) AgN (suda) Ag S (suda) (suda) Cu(N AgN S ) (suda) (g) N S N (suda) (g) (g) N (g) (g) N (g) 7. Soy metallerin asitlerle olan tepkimeleri Soy metaller (Au, Pt) hem oksijensiz asitlerle hem de oksi asitlerden yükseltgen özellik gösteren H S ve HN ile tepkime vermezler. Ancak Au yalnızca kral suyu (HCl + HN ) denilen HCl ve HN karışımıyla tepkimeye girer. Au Cl (suda) N (suda) AuCl (suda) N (g) 8. Amfoter metallerin bazlarla olan tepkimeleri Al, Zn, Cr, Pb ve Sn metalleri hem asitlerle hem de bazlarla tepkimeye girdikleri için bu metallere amfoter metaller adı verilir. Bu metallerin asitlerle olan tepkimeleri daha önceden verildiği için burada sadece bazlarla olan tepkime örnekleri verilecektir. Amfoter metal + Baz Tuz + Hidrojen gazı
7 Al Zn NaH NaH Suda) Suda) Na Na Al Zn (suda) (suda) (g) (g) Benzer şekilde amfoter metal oksitleri ve hidroksitleri de hem asitlerle hem de bazlarla tepkimeye girebilirler. Bu tür tepkimelerin bazı örnekleri aşağıdadır. Al 6NaH Na Zn NaH Na Zn Al Zn(H) NaH Na Zn Al(H) 6NaH Na Al 6H 8. Nötrleşme tepkimeleri Asit-baz tepkimelerine nötrleşme tepkimeleri adı verilir ve bu tepkimeler ekzotermiktir. Bu tepkimelerde ürün olarak genelde tuz ve su oluşur. Genel olarak aşağıdaki şekilde gösterilen bu tip tepkimelerin bazı örnekleri aşağıda verilmiştir. Asit + Baz Tuz + Su HCl NaH NaCl H H S S KH K Mg(H) S MgS Na C ve CaC gibi karbonatlı bileşikler bazik özellik gösterdiğinden dolayı asitlerle nötrleşip tuz, C gazı ve H oluştururlar. H S MgC MgS C HCl Na C NaCl C Ametal oksitlerin asidik olanları da bazlarla nötrleşme tepkimeleri verirler. C S NaH Na KH K S C Asit oksitler ile bazik oksitlerden yalnızca tuz oluşur C S Mg MgC Ca CaS
8 Bazik oksitler asitlerle nötrleşerek tuz ve su oluşturur K Cl KCl Ca S CaS. Sabit oranlar kanunu Bir kimyasal tepkimede bulunan maddelerin (element, bileşik, iyon) miktarları (mol sayısı, atom sayısı, molekül sayısı, kütle, gazlarda hacim ve basınç) arasında sabit bir oran vardır.