Reaksiyon hızı, bir kimyasal reaksiyondaki reaktanların ürünleri oluşturma hızı olarak tanımlanır. Reaksiyon hızları, birim zaman başına konsantrasyon olarak ifade edilir. Reaksiyon hızının başka bir tanımı ise belirli bir kimyasal reaksiyon için reaksiyona giren maddelerin konsantrasyonu veya zaman birimi başına ürün konsantrasyonundaki değişimin ölçümüdür. Kimyasal reaksiyon hızı, bir maddenin konsantrasyonundaki değişimin bu değişikliğin gözlemlendiği zaman aralığına bölünmesidir. Yani;
Hız = ∆ konsantrasyon / ∆ zaman
A+ B —- C
Hız ifadeleri;
Hız = – ∆A / ∆t
Hız = -∆[B] / ∆t
Hız= ∆[C] / ∆t
Reaksiyon Hızı Denklemi
Kimyasal bir reaksiyonun hızı, hız denklemi kullanılarak hesaplanabilir. Kimyasal bir reaksiyon için:
a A + b B → p P + q Q
Reaksiyonun hızı:
r = k (T) [A] n [B] n
k(T) hız sabiti veya reaksiyon hızı katsayısıdır. Bu değer sabit değildir çünkü reaksiyon hızını etkileyen faktörleri içerir, en önemlisi de sıcaklığı içerir.
n ve m, reaksiyon mertebeleridir. Tek basamaklı reaksiyonlar için sitokiyometrik katsayıya eşittirler ancak çok basamaklı reaksiyonlar için daha karmaşık bir yöntemle belirlenirler.
Reaksiyon Hızını Etkileyen Faktörler
- Sıcaklık: Oldukça önemli bir faktördür. Sıcaklık artışı bir reaksiyonun hızını artırır çünkü yüksek kinetik enerji, reaktan partikülleri arasında daha fazla çarpışmaya neden olur. Bu durum, çarpışan parçacıkların birbirleriyle reaksiyona girmesi için gerekli aktivasyon enerjisine sahip olma şansını artırır. Arrhenius denklemi sıcaklığın reaksiyon hızı üzerindeki etkisini ölçmek için kullanılır. Bazı reaksiyon hızları sıcaklıktan olumsuz etkilenirken, bazıları sıcaklıktan bağımsızdır.
- Kimyasal Reaksiyon: Kimyasal reaksiyonun yapısı reaksiyon hızının belirlenmesinde önemlidir. Reaksiyonun karmaşık olması ve reaktan maddenin durumu önemlidir. Örnek olarak, bir tozun bir çözelti içinde reaksiyona girmesi, büyük bir katı parçasının reaksiyona girmesinden daha hızlı gerçekleşir.
- Konsantrasyon: Reaktanların konsantrasyonunun arttırılması reaksiyon hızını arttırır.
- Basınç: Basınç artışı reaksiyon hızını arttırır.
- Sıra: Reaksiyon sırası, basınç veya konsantrasyonun hız üzerindeki etkisinin nasıl ilerleyeceğini belirler.
- Çözücü: Çözücü bir reaksiyona katılmaz ancak reaksiyon hızını etkiler.
- Işık: Işık veya diğer elektromanyetik radyasyon genellikle reaksiyon hızını artırır. Enerji daha fazla parçacık çarpışmasına neden olur. Bazı durumlarda ışık, reaksiyonu etkileyen ara ürünleri oluşturma görevi görür.
- Katalizör: Aktivasyon enerjisini düşürür, hem ileri hem de geri yöndeki reaksiyon hızını artırır.
Stokiyometrik olarak karmaşık reaksiyon için:
a A + b B ⟶ c C+ dD
Hız = -1 / 1 d[A] / dt=-1 / b d[B] / dt= 1 / c d[C] / dt= 1 / d d[D] / dt
Oranı çözmek için tüm değişkenlere ihtiyaç duyulmaz. “A” değerinin yerine “a” değeri biliniyorsa reaksiyon hızı bulunabilir.
Zaman içindeki değişime bağlı olarak reaktanlardaki değişiklik eksi işareti ile gösterilir. Bunun nedeni, reaktanlar zamanın bir fonksiyonu olarak azalır, oran negatif çıkar (çünkü ters hızdır). Değişkenin önüne negatif işaret koymak çözümün pozitif bir oran olmasını sağlar.
Kimyasal reaksiyonlar meydana geldikleri hızlar büyük farklılıklar gösterir. Bazıları aşırı hızlıdır, bazılarının dengeye ulaşması milyonlarca yıl sürer.
Çözümlü Örnek:
Amonyak oksidasyonu için
4NH3 + 3O2⟶ 2N2 + 6H2O
N2 oluşum hızının 0.27 mol L –1 s –1 olduğu bulunmuştur.
- Suyun oluşum hızı nedir?
- Amonyağın harcanma hızı nedir?
a) Sitokiyometrik denklemden, Δ* [E 2 O] = 6/2* Δ* [N– 2 ] H2O oluşma hızı;
3 × (0,27 mol L –1 s –1 ) = 0,81 mol L–1 s –1
b) 2 mol N2 oluşturmak için 4 mol NH4 tüketilir, amonyağın kaybolma hızı;
2 × (0,27 mol L –1 s –1 ) = 0,54 mol L–1 s –1
ÖNEMLİ NOT: Bu sorunun formüle edilme şekli nedeni ile bu son değerin negatif bir sayı olarak ifade edilmesi kabul edilebilir durum oluşturur.
Anlık Hız:
Çoğu reaksiyon, reaktanlar tükendikçe yavaşlar. Yukarıda ifadelerle verilen hızlar daha uzun zaman aralıklarında Δt üzerinden ölçüldüğünde doğru sonuç göstermez. Reaksiyonun başlangıcında (t = 0) alınan anlık hız, başlangıç hızı olarak bilinir.
Anlık hız
Hız = – [A] / ∆T formülü ile bulunur.
ÖNEMLİ NOT: t zaman aralığı ne kadar büyükse anlık hızın kesinliği o kadar küçük olur.
Reaksiyon Mertebeleri İçin İfadeler
| 0.Mertebe | Mertebe | Mertebe | |
| Hız Yasası | Hız = k | Hız = k [A] | Hız = k [A]2 |
| İntegralli Hız Yasası | [A]t = -kt + [A]0 | ln[A]t= -kt + ln[A]0 | 1/ [A]t=-kt+1/[A]0 |
| Hız Sabiti Birimi (k) | mol L–1 s –1 | s –1 | L mol –1 s –1 |
| Doğrusal Grafikte Hız Sabiti | [A] – t | ln[A]-t | 1/A-t |
| Hız Sabiti ve Eğim İlişkisi | Eğim = -k | Eğim = -k | Eğim = k |
| Yarı Ömür | [A]0/2k | ln2/k | 1/k[A]0 |
Hazırlayan: Rabiye Baştürk
