Denklem
bir orantı
tarifidir.
Bir yemek tarifinde "2 yumurta, 1 bardak un" yazar; iki katı kek için ikisini de iki katına çıkarırsın. Kimyasal denklem de tam olarak budur. Bu ünitede katsayıları kullanarak ürün miktarını, artan maddeyi ve tepkimenin verimini hesaplamayı öğreneceğiz.
Bir tepkime laboratuvarda ya da fabrikada gelişigüzel yapılmaz. Herhangi bir amaçla kontrollü olarak gerçekleştirilen bir tepkimede şu hesaplamalar yapılmalıdır.
Elde edilecek ürün miktarı. Fabrika, bir ton ham maddeden kaç ton ürün çıkacağını önceden bilmek zorundadır.
Reaksiyon verimi. Beklenen miktarın ne kadarına gerçekten ulaşıldığı.
Herhangi bir ürünün molekül formülü. Elde ettiğin maddenin gerçekte ne olduğu.
Kullanılacak reaktif (tepkimeye giren madde) miktarı. Kaç kilo ham madde alınacağı.
Artan madde olup olmadığı. Kullanılmadan kalan madde para kaybıdır.
Kimyasal hesaplamaların doğru bir şekilde yapılabilmesinin ilk şartı, denklemin doğru bir şekilde yazılıp denkleştirilmesidir.
Sonrasında yapılan işlemler orantı temellidir. Orantının birinci basamağı denkleşmiş denklemin katsayılarına göre yazılır. Yani denkleştirmeyi yanlış yaparsan, sonraki bütün işlemler doğru yapılsa bile sonuç yanlış çıkar.
Denkleşmiş tepkime denklemi yazılır. Soruda miktarı verilen maddenin kaç kat arttığı veya azaldığı belirlenir. Diğer maddeler de aynı oranda artacak veya azalacaktır. Mol sayıları arasındaki ilişki kurulur; bulunan mol sayılarından yararlanılarak soruda istenen mol, kütle, hacim, tanecik sayısı hesapları yapılır.
Bazı sorularda iki ya da daha fazla element veya bileşik içeren karışımlar bulunabilir. Karışımdaki maddelerin miktarını ve yüzde oranlarını hesaplayabilmek için maddenin denkleşmiş tepkimesi yazılır. Katsayılardan yararlanılarak maddeler arasında bağlantı kurulur ve elde edilen iki bilinmeyenli denklem ile çözüm yapılır.
Denkleşmiş tepkimedeki katsayılardan (mol sayıları) yararlanılarak sorulan maddenin 1 molünün kütlesi bulunur. Soruda verilen miktarlardan yararlanılarak tepkimedeki miktarlar bulunur.
Karışıma eklenen madde karışımdaki maddelerin tümüyle tepkime veriyorsa denklem kurulur, bilinmeyenler bulunur. Karışıma eklenen madde karışımdaki maddelerden biri ile tepkime veriyorsa çözüm tepkime veren madde üzerinden yapılır.
Aşağıda denkleşmiş bir tepkime var. Kaydırakla verilen maddenin mol sayısını değiştir; diğer bütün maddelerin mol sayısı aynı oranda değişecek. Alt satırda mol sayısından kütle, hacim ve tanecik sayısına nasıl geçildiğini de göreceksin.
Katsayılar mol sayısı oranını verir, kütle oranını değil. 1 mol CH₄ ile 2 mol O₂ tepkimeye girer ama kütleleri 16 g ile 64 g'dır. Bu yüzden hesaplamada önce mole geç, orantıyı mol üzerinden kur, sonra istenen birime dön.
Aynı maddeyi üç farklı ayrıntı düzeyinde yazabiliriz. Düğmelerle maddeyi seç, üç formülün ne söylediğini yan yana gör.
Atom cinsi ve bağıl sayıyı verir. (bağıl = birbirine göre oran) H₂O₂ için HO, C₂H₄ için CH₂.
Atom cinsi ve gerçek sayıyı verir. H₂O₂, C₂H₄. Bir molekülün içinde gerçekten kaç atom olduğunu söyler.
Atom cinsi, sayısı ve bağları verir. Hangi atomun hangisine bağlı olduğunu da çizerek gösterir.
Maddenin 1 molünün tepkimesinden oluşan maddeler belirlenir. Tepkime denkliğinden yararlanılarak formül bulunur. Kimyasal denklemden formül bulunurken XaYb formülünde a ve b'nin mol sayısı olduğu bilgisinden hareket edilir. Yöntem, denklem denkleştirme esasına dayanır.
İki kaydırakla girenlerin mol sayılarını ayarla. Simülasyon hangi maddenin önce tükendiğini bulur, ürünü ona göre hesaplar ve artan maddeyi ayrı bir kutuda gösterir.
Reaksiyona giren maddelerden en az ikisinin miktarı verilip ürün miktarı soruluyorsa artan madde olabileceği düşünülmelidir. Ürün miktarını hesaplamak için hangi reaktifin esas alınacağı belirlenmelidir. Tepkimede tamamı tükenen reaktife sınırlayıcı bileşen denir. Sınırlayıcı bileşen diğer reaktiflerden önce biteceğinden ürün oluşumunun durmasına sebep olur. Hesaplamaların tamamı sınırlayıcı bileşene göre yapılır. Diğer reaktif artacaktır.
"Yeteri kadar…" ve "yeteri miktarda…" ifadeleri ARTANSIZ olduğunu gösterir. Yani iki madde de tam tamına biter, hesabı hangisinden yaparsan yap aynı sonucu bulursun.
"Aşırı miktarda…" ifadesi ARTANLI olduğunu gösterir. Sınırlayıcı bileşene göre çözüm yapılır. "Aşırı miktarda O₂ ortamında yakılıyor" cümlesini gördüğün an, hesabı diğer maddeden yapman gerektiğini anlamalısın.
Sınırlayıcı bileşen mutfakta her gün karşına çıkar: 10 yumurtan ve 1 bardak unun varsa, kaç yumurtan olursa olsun un bitince kek biter. Un burada sınırlayıcı bileşendir, yumurta artandır. Sobayı yakarken bacayı kapatırsan da oksijen sınırlayıcı hâle gelir ve kömür tam yanamaz — tehlikeli karbon monoksit bu yüzden oluşur.
Kâğıt üzerinde hesapladığın miktarı gerçekte hiçbir zaman tam olarak elde edemezsin. Kaydırakla gerçek verimi değiştir, yüzde verimin nasıl hesaplandığını gör.
Kimyasal tepkimede, sınırlayıcı bileşenin tamamen kullanılması sonucu oluşan ve denkleşmiş denkleme göre bulunan ürün miktarına teorik (kuramsal) verim denir. Kâğıt üzerindeki en iyi ihtimal.
Gerçekleşen tepkime sonunda bulunan ürün miktarı gerçek verimdir. Deney bittikten sonra tartıda okuduğun sayı. Çoğunlukla gerçek verim, teorik verimden düşüktür.
Gerçek verim teorik verime eşitse tepkimeye tam verimli tepkime denir. Sorularda aksi söylenmedikçe genelde tam verim kabul edilir.
Yüzde verim hesaplamalarında ilk olarak denkleşmiş tepkimeye göre elde edilmesi beklenen ürün miktarı belirlenir. Daha sonra gerçek verim miktarıyla kıyaslama yapılır.
% Verim = (Gerçek verim / Teorik verim) × 100
Gerçek verimin teorik verimden düşük olmasının çeşitli sebepleri vardır:
30 sorudan oluşan bu test ile "Kimyasal Tepkimelerde Hesaplamalar" ünitesini ne kadar kavradığını gör.
Kontrollü olarak gerçekleştirilen kimyasal tepkimede; elde edilecek ürün miktarı, reaksiyon verimi, herhangi bir ürünün molekül formülü, kullanılacak reaktif miktarı, artan madde olup olmadığı ile ilgili hesaplamalar yapılmalıdır.
Kimyasal hesaplamaların doğru yapılabilmesinin ilk şartı, denklemin doğru yazılıp denkleştirilmesidir. Sonrasında yapılan işlemler orantı temellidir. Orantının birinci basamağı denkleşmiş denklemin katsayılarına göre yazılır.
Denkleşmiş tepkime denklemi yazılır. Soruda miktarı verilen maddenin kaç kat arttığı veya azaldığı belirlenir; diğer maddeler de aynı oranda artar veya azalır. Mol sayıları arasındaki ilişki kurulur ve mol, kütle, hacim, tanecik sayısı hesapları yapılır.
Sorularda iki ya da daha fazla element veya bileşik içeren karışımlar bulunabilir. Maddelerin miktarını ve yüzde oranlarını hesaplamak için denkleşmiş tepkime yazılır, katsayılardan yararlanılarak bağlantı kurulur ve iki bilinmeyenli denklem ile çözüm yapılır.
Basit (kaba) formül atom cinsi ve bağıl sayıyı verir: H₂O₂ için HO, C₂H₄ için CH₂. Molekül formülü atom cinsi ve gerçek sayıyı verir: H₂O₂, C₂H₄. Yapı formülü atom cinsi, sayısı ve bağları verir. XₐY_b formülünde a ve b mol sayısıdır; yöntem denklem denkleştirme esasına dayanır.
Girenlerden en az ikisinin miktarı verilip ürün soruluyorsa artan madde olabileceği düşünülmelidir. Tepkimede tamamı tükenen reaktife sınırlayıcı bileşen denir. Sınırlayıcı bileşen diğerlerinden önce biteceğinden ürün oluşumu durur. Hesaplamaların tamamı sınırlayıcı bileşene göre yapılır, diğer reaktif artar.
"Yeteri kadar…", "yeteri miktarda…" ifadeleri ARTANSIZ olduğunu gösterir. "Aşırı miktarda…" ifadesi ARTANLI olduğunu gösterir; sınırlayıcı bileşene göre çözüm yapılır.
Karışıma eklenen madde karışımdaki maddelerin tümüyle tepkime veriyorsa denklem kurulur, bilinmeyenler bulunur. Karışıma eklenen madde karışımdaki maddelerden biri ile tepkime veriyorsa çözüm tepkime veren madde üzerinden yapılır.
Sınırlayıcı bileşenin tamamen kullanılması sonucu oluşan ve denkleşmiş denkleme göre bulunan ürün miktarı teorik (kuramsal) verimdir. Gerçekleşen tepkime sonunda bulunan miktar gerçek verimdir. Çoğunlukla gerçek verim teorik verimden düşüktür. Eşitse tepkime tam verimli tepkimedir. % Verim = (Gerçek verim / Teorik verim) × 100.
Reaktiflerin saf olmayışı, ürünün saflaştırma sırasında kayba uğraması, tepkimenin tersinir oluşu, yan ürün oluşumu, sıcaklık ve basınç gibi ortam şartları, kişisel hatalar, cihaz hataları.