TEMEL KİMYA YASALARI
A. KÜTLENİN KORUNUMU YASASI (LAVOISIER YASASI)
Kimyasal olaylara giren maddelerin kütleleri toplamı oluşan ürünlerin toplamına eşittir. Buna göre:
X + Y Z + T tepkimesinde X ve Y girenler (reaktif) olup, Z ve T (ürünler)’ye kütlece eşittir.
Kimyasal maddelerin kütleleri atom sayıları ile orantılı olduğundan tüm kimyasal tepkimelerde atom sayıları korunur.
Örn; 1 mol C atomu 12 gram, 1 mol O2 molekülü 32 gramdır.Buna göre 1 mol C atomu 44 gram olur.
C + O2 CO2
12 gram + 32 gram 44 gram
B. SABİT ORANLAR YASASI (PROUST YASASI)
Bir bileşikteki elementlerin
a) Kütlelerinin oranı
b) Kütlece yüzde bileşimi sabittir.
Örn; Al=27, S=32 olduğuna göre Al2S3 bileşiğinde:
Mol sayıları oranı : nAl = 2 Kütleleri oranı : mAl = 2.27 = 9 ‘dır.
nS = 3 mS = 3.32 16
9 gram Al + 16 gram S = 25 gram bileşik oluşturur.
25 gram bileşikte 9 gram Al, 16 gram S vardır.
100 gram bileşikte 36 gram Al, 644 gram S vardır.
Bileşikte kütlece %36 Al, %64 S vardır.
C. KATLI ORANLAR YASASI (DALTON YASASI)
İki element aralarında iki bileşik oluşturuyorsa, bu elementlerden birinin sabit miktarları ile birleşen diğer elementin değişen miktarları arasında basit bir oran vardır.
Örn; NO2 – N2O4 bileşik çiftinde:
a) Aynı miktar N ile birleşen O kütleleri arasında.
2/ NO2 = N2O4 = 4
1/ N2O5 = N2O5 5
b) Aynı miktar O ile birleşen N kütleleri arasında
5/ NO2 = N5O10 = 5
2/ N2O5 N4O10 4
D. HACİM ORANLARI YASASI (GAY – LUSSAC YASASI)
a) Kimyasal bir tepkimeye giren gazlarla, tepkimede oluşan gaz halindeki ürünlerin aynı koşullarda (aynı sıcaklık ve basınç) hacimleri arasında sabit bir oran vardır.
b) Aynı koşullarda gazların hacimleri mol sayıları ile doğru orantılıdır.
Örn; H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) tepkimesine göre, 1 mol H2 1 mol Cl2 ile birleşerek 2 mol HCl oluşturur.Hacimler mol sayıları ile doğru orantılı olduğundan, aynı olayı anlatmak için “1 hacim H2 gazı, 1 hacim Cl2 gazı ile birleşerek eşit koşullarda 2 hacim HCl gazı oluşturur.” İfadesi de kullanılabilir.
Aynı şekilde, N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) tepkimesine göre 1 hacim azot gazı 3 hacim hidrojen gazı ile birleşerek eşit koşullarda 2 hacim NH3 gazını oluşturur diyebiliriz.
KİMYASAL TEPKİMELER
a) Bir maddenin farklı maddelere ayrışmasına ya da farklı maddelerin etkileşerek yeni maddeler oluşturmasına kimyasal tepkime (reaksiyon) denir.
b) Kimyasal tepkimeler, olaya giren maddelere ait taneciklerin (molekül, atom ya da iyon) çarpışmaları ile gerçekleşirler.Enerjileri yeterli olan taneciklerin çarpışmaları sonucunda kimyasal bağlar koparak moleküller atomlarına dağılır ve atomlar yeniden düzenlenerek farklı maddeler oluştururlar.Kimyasal tepkime, kimyasal değişim ve kimyasal olay eş anlamlıdır.Tepkimelerin sembol ve formüllerle gösterilmesine ise tepkime denklemleri adı verilir.
Örn; Karbon + Oksijen Karbondioksit tepkimesi
C + O2 CO2 şeklinde gösterilir.
c) Yanma, paslanma (oksitlenme), nötürleşme, mayalanma, fotosentez, çökelme gibi olaylar kimyasal değişime örnek olarak verilebilir.
d) Kimyasal bir tepkimede;
Korunan nicelikler şunlardır
- Atomların türü ve sayısı
- Toplam kütle (Kütle değişimi önemsizidir.)
- Toplam elektriksel yük
- Toplam enerji
- Atomların çekirdek yapıları (Proton ve nötron sayıları)
Değişen nicelikler şunlardır:
- Molekül sayısı (Mol sayısı)
- Gaz tepkimelerinde hacim (Basınç ve sıcaklık sabit)
- Gaz tepkimelerinde basınç (Hacim ve sıcaklık sabit)
Ancak mol sayısının korunduğu tepkimeler de vardır.
Örn; 1H2(g) + 1Cl2(g) 2HCl(g)... gibi
S=32, O=16 ise aşağıdaki tepkimede korunan ve değişen nicelikler şöyledir:
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) + ısı
Kütle : 128gr. 32gr. 160gr. Korunur
Mol sayısı : 2 1 2 Korunmaz
Molekül sayısı : 2N0 N0 2N0 Korunmaz
Mol atom sayısı : 6 2 8 Korunur
Aynı koşullarda hacim : 2V V 2V Korunmaz
KİMYASAL TEPKİMELERİN SINIFLANDIRILMASI
A) ÖZELLİKLERİNE GÖRE :
1. Yanma Tepkimeleri
• Bir maddenin oksijenli verdiği tepkimelerdir.
Yanma tepkimesi için: yanıcı madde, hava(oksijen), tutuşma sıcaklığı gerekir.
Bu 3 faktörden birinin eksikliği yanmayı durdurur.CO2 gazının yangın söndürücü olmasının nedeni özkütlesinin havadan büyük olması ve yanıcı olmamasıdır.
• Organik bileşikler yanarlar.
Organik bileşiklerden yapılarında yalnız C ve H bulunduranlara hidrokarbon denir.Genel olarak CxHy formülü ile gösterilirler.Yapılarında C ve H’ın yanı sıra O, S, N ve halojen (F, Cl, Br, I) bulunduran organik bileşikler de vardır.
• Organik bir bileşiğin yanması sonucunda: CO2 oluşması bileşiğin C içerdiğini, H2O oluşması bileşiğin H içerdiğini, SO2 oluşması bileşiğin S içerdiğini, NO2 oluşması bileşiğin N içerdiğini kanıtlar.Oksijen havadan geldiği için bileşikte oksijen bulunup bulunmadığı ürünlerin türüne bakarak anlaşılmaz.
CS2 + 3O2 CO2 + 2SO2
C4H10O3 + 13 O2 4CO2 + 5H2O
2
C4H10O3 + 5O2 4CO2 + 5H2O
CS2’de C ve S olduğundan ürünler CO2 ile SO2’dir.C4H10’da C ve H olduğundan ürünler CO2 ve H2O’dur.C4H10 ile C4H10O3’ün yanma ürünleri aynıdır.Ancak oksijenin bir kısmı bileşik tarafından karşılandığından C4H10O3’ü yakmak için daha az miktarda oksijen yeterli olur.
• Metallerin oksijenle birleşmesi paslanma ya da oksitlenme olarak bilinir.Bu tür tepkimelere yavaş yanma da denir.
3Fe + 2O2 Fe3O4
2. Sentez (Birleşme) Tepkimeleri
Birden fazla maddenin birleşerek tek bir ürün oluşturduğu tepkimelerdir.Bu olayda yan ürün oluşmaz.
CaO + CO2 CaCO3
H2 + Cl2 2HCl
C2H4 + H2 C2H6
3. Analiz (Ayrışma) Tepkimeleri
Bir bileşiğin kendinden daha basit yapılı maddelere ayrıştırılması tepkimeleridir.Elektroliz yolu ile ya da ısı alarak ayrışan maddeler vardır.
ısı
KClO3 KCl + 3 O2
2
ısı
2HgO 2Hg + O2
ısı
MgCO3 MgO + CO2
elektroliz
H2O H2 + 1 O2
2
4. Yer Değiştirme Tepkimeleri
• Aktif olan bir elementin, kendinden daha az aktif olan (pasif) bir elementle yer değiştirmesi ile gerçekleşen tepkimelerdir.
H2S + Cl2 2HCl + S (Anyonların yer değiştirmesi)
Fe2O3 + Al Al2O3 + 2Fe (Katyonların yer değiştirmesi)
• Sulu çözelti tepkimelerinin birçoğunda ise anyon ve katyonların her ikisi de yer değiştirir.
Çökelme ve nötrleşme tepkimeleri de yer değiştirme tepkimeleridir.
Fe2S3 (k) + 6HCl (suda) 2FeCl3 (suda) + 3H2S (g)
Çökelme:
AgNO3 (suda) + NaCl (suda) AgCl (k) + NaNO3 (suda)
Nötrleşme:
H2SO4 (suda) + 2NaOH (suda) Na2SO4 (suda) + 2H2O (s)
• Organik bileşiklerde de yer değiştirme tepkimeleri vardır.
CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl
5. İyonik Tepkimeler
Sulu çözeltilerde gerçekleşen tepkimeler iyonların etkileşmesine dayanır ve tepkime ürünlerinden biri çökerek (çökelme), sıvı (nötrleşme) ya da gaz halinde ortamdan ayrılabilir.İyonik tepkimelerde sadece tepkimeye giren iyonlar gösterilir.Böyle denklemlere net iyon denklemi denir.
Nötrleşme: H+ (suda) + OH- (suda) H2O (sıvı)
Çökelme: Ag+ (suda) + Cl- AgCl (katı)
Zn (k) + 2H+ (suda) Zn+2 (suda) + H2(g)
B) ENERJİ DEĞİŞİMLERİNE GÖRE:
1. Ekzoterm Tepkimeler
Oluşumu sırasında dışarıya enerji (ısı-ısşık) veren tepkimelerdir.Yanma tepkimeleri çoğunlukla ekzoterm tepkimelerdir.
C + O2 CO2 + ısı
H2 + 1 O2 H2O + ısı
2
Na + 1 Cl2 NaCl + ısı
2. Endoderm Tepkimeler
Oluşumu sırasında dışarıdan enerji alan tepkimelerdir.
C + H2O + ısı CO + H2
2N2 + O2 + ısı 2N2O
• Isı bakımından bir kapta ekzoterm bir tepkime gerçekleşiyorsa sistemin sıcaklığında artış olur; endoterm bir tepkime gerçekleşiyorsa sistemin sıcaklığında azalma olur.
C) MADDELERİN FİZİKSEL DURUMUNA GÖRE:
1. Homojen Tepkimeler
Tepkimeye girenlerle ürünler aynı fazdadır.
2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g)
H2 (g) + F2 (g) 2HF (g)
Fe (k) + S (k) FeS (k)
2. Heterojen Tepkimeler
Tepkimedeki maddeler farklı fazlardadır.
C(k) + O2 (g) CO2
Zn (k) + 2HCl (suda) ZnCl2 (suda) + H2 (g)
D) ELEKTRON ALIŞVERİŞİNE GÖRE:
1. Redoks (İndirgenme – Yükseltgenme) Tepkimeleri
Bu tür tepkimelerde elektron alışverişi ve değerlik değişmesi vardır.
Zn0 (k) + 2H+ (suda) Zn+2 (suda) + H20 (g)
C0 (k) + O2 (g) C+4O2-2 (g)
2. Redoks Olmayan Tepkimeler
Bunlarda elektron alışverişi, değerlik değişmesi yoktur.
Ag+1(NO3)-1 + Na+Cl- Ag+Cl- + Na+(NO3)-
E) GERİ DÖNÜŞÜNE GÖRE
1. Tersinir Olmayan Tepkime
Girenlerin tamamen ürüne dönüştüğü tepkimelerdir.Organik maddelerin yanması, çökelme, kuvvetli asit ve bazların nötrleşmesi böyle tepkimelerdir.Tek yönlü olarak gösterilirler.
C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O
2. Tersinir Tepkime
Ürünlerin kendi aralarında etkileşip girenleri oluşturduğu tepkimelerdir. Çift yönlü olarak gösterilirler.
CO2 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g)
F)VERİMLERİNE GÖRE:
1. Artansız Tepkime
Tepkimeye giren maddelerin tümü tamamen tükenir.
2. Tüm Verimler Gerçekleşen Tepkime
Tepkimeye giren maddelerin en az biri tamamen tükenir.Böyle tepkimelerde tepkimeye giren maddelerden ortamda daha düşük oranda bulunan tamamen tükenir.Artansız tepkimeler tam verimle gerçekleşen tepkimelerdir.
3. Düşük Verimle Gerçekleşen Tepkime
Tepkimeye giren maddelerin hepsinden artar.
TEPKİME DENKLEMLERİNİN DENKLEŞTİRİLMESİ
Kimyasal tepkimelerin sembol ve formüllerle gösterilmesine tepkime denklemleri denir.Atomların türü ve sayısı korunduğundan, denklemin iki tarafındaki elementlerin eşitlenmesi için maddelerin başında gerekli katsayılar bulunmalıdır.
Örn; C3H8 gazı O2 ile yanarak CO2 ile H2O oluşturur.Tepkimede yer alan maddelerin en küçük tamsayılarla denkleştirilmesi sonucunda O2’nin katsayısı ne olur?
C3H8 + O2 CO2 + H2O
tepkimesinde tepkimeye giren C3H8’i 1 mol alırsak:
• C sayılarının eşit olması için CO2’nin başına 3 katsayısı getirilir.
• H sayılarının eşit olması için H2O’nun başına 4 katsayısı getirilir.
• Bu durumda ürünlerde 10 mol O atomu bulunduğuna göre, tepkimeye giren O2’nin de 5 mol olması gerekir.
O halde tepkimenin denkleşmiş hali:
C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O şeklindedir.
BİLEŞİK FORMÜLLERİNİN BULUNMASI
Bileşik formülleri basit formül ve molekül formülü olmak üzere iki türlüdür:
A) Basit (Ampirik) Formül
• Basit formül, bir bileşikteki elementlerin türünü ve atom sayılarının oranını gösterir.
• CH2, CH2O, NO2 .....gibi
• Basit formül bulmak için:
Bir bileşikteki elementlerin kütlece yüzde bileşimi (ya da sabit kütle oranı) ile elementlerin atom kütlelerini (ya da atom kütleleri arasındaki oranı) bilmek yeterlidir.
Örn; X ve Y’den oluşan bir bileşikte sabit kütle oranı 7 ise, bileşiğin basit
3
formülü nedir? (X=14, Y=12)
Atom sayılarını bulmak için verilen element kütleleri atom kütlelerine bölünür.
nx = 7 = 0,5 ny = 3 = 0,25
14 12
değerleri yerlerine yazıldığında X0,5 Y0,25 bulunur.Bu bileşikte katsayılar 0,25’e bölünerek kısaltılır ve basit formül X2Y bulunur.
B) Molekül Formülü
• Bir bileşikteki elementlerin türünü ve atom sayılarını gösterir.Basit formülün uygun katsayısı ile genişletilmesiyle bulunur.
C2H6O2, C6H12O6.... gibi.
• Molekül formülünü bulmak için
a. Yanma Tepkimelerinde:
• Ürünlerin mol sayıları
• Yanan maddenin ve O2’nin mol sayıları
nicelikleri bilinmelidir.Böylece tepkime eşitlenerek 1 mol bileşikteki elementlerin atom sayıları bulunur.
b. Kütlece Bileşim Verilen Örneklerde:
• Elementlerin kütlece yüzde bileşimi (sabit kütle oranı)
• Elementlerin atom kütleleri
• Bileşiğin mol kütlesi (ya da örneğin özkütle gibi bileşiğin mol kütlesinin bulunmasını sağlayan veriler)
nicelikleri bilinmelidir.
Bileşiğin mol kütlesi biliniyorsa 1 mol bileşikteki elementlerin atom sayıları da bulunur.
Örn; CXHYO2 bileşiğinin 0,2 molü 1 mol O2 ile tam yanarak 0,8 mol CO2 ile 0,8 mol H2O oluşturuyor.Bu organik bileşiğin molekül formülü nedir?
Tepkime ile ilgili verilerden yararlanarak 1 mol CXHYO2 ‘nin yanma tepkimesindeki katsayılar bulunur.
0,2 mol 1 mol 0,8mol 0,8 mol
CXHYOZ + .........O2 .........CO2 +..........H2O
1 mol 5 mol 4 mol 4 mol
1 mol CXHYOZ için denkleşmiş haldeki yanma tepkimesi şöyledir:
1 CXHYOZ + 5O2 4CO2 + 4H2O
Atom sayıları eşitlendiğinde x = 4, y = 8, oksijen sayıları eşitlendiğinde
Z + 10 = 8 + 4’den z = 2 bulunur.
Bu değerler 1 mol bileşikteki atomların katsayıları olduğundan molekül formülü C4H8O2 olur.
