Tepkimenin gerçekleşmesi için gerekli şartlar: çarpışma teorisi, etkin çarpışma (yeterli enerji ve uygun yönelim), aktivasyon enerjisi ve aktifleşmiş kompleks; ortalama tepkime hızının derişim değişimiyle hesaplanması; hıza etki eden faktörler (madde cinsi, fiziksel hâl, derişim, sıcaklık, katalizör, temas yüzeyi); hız denklemi ve tepkime derecesi; çok basamaklı tepkimelerde hız belirleyen basamak ve ara ürün.
Çarpışma teorisi ve aktivasyon enerjisi
Çarpışma teorisi: Tepkimenin olması için tanecikler çarpışmalıdır; ama her çarpışma ürün oluşturmaz.
Etkin çarpışma: (1) Taneciklerin yeterli kinetik enerjiye sahip olması (2) Uygun geometride (yönelimde) çarpışması
Aktivasyon enerjisi (Eₐ): Tepkimenin başlaması için gereken en düşük enerji (enerji tepesi)
Aktifleşmiş kompleks: Tepkenlerle ürünler arasındaki en yüksek enerjili, kararsız ara yapı
- Eₐ küçükse tepkime hızlı, büyükse yavaştır.
- İleri tepkimenin Eₐ’sı ile geri tepkimenin Eₐ’sı arasındaki fark ΔH’ye eşittir.
Ortalama tepkime hızı
Tepkime hızı: Birim zamanda tepken derişiminin azalması veya ürün derişiminin artması
Ortalama hız = −Δ[Tepken] / Δt = +Δ[Ürün] / Δt (birim: mol/L·s)
Katsayılarla ilişki: aA → bB için hız = −(1/a)·Δ[A]/Δt = (1/b)·Δ[B]/Δt
Ör. N₂ + 3H₂ → 2NH₃: H₂ 3 kat, NH₃ 2 kat hızla değişir (N₂’ye göre).
Hız ölçme yöntemleri: Gaz hacmi, basınç, renk değişimi, iletkenlik, kütle kaybı, pH değişimi
Örnek (grafik): [A] 0–20 s arasında 1 → 0,5 mol/L azalmış → ortalama hız = 0,5/20 = 0,025 mol/L·s
⚠️ Tepken derişimi azaldıkça hız da azalır (eğri giderek yataylaşır).
Hıza etki eden faktörler ve hız denklemi
| Faktör | Etkisi | Örnek |
|---|---|---|
| Madde cinsi | Kırılacak bağ sayısı az olan, zıt yüklü iyonlar arasındaki tepkimeler hızlı | Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl (anında) |
| Fiziksel hâl | Gaz > sıvı (çözelti) > katı | |
| Derişim | Artarsa çarpışma sayısı artar → hız artar | Saf oksijende yanma daha şiddetli |
| Sıcaklık | Artarsa kinetik enerji ve etkin çarpışma artar → hız artar (her 10 °C için kabaca 2 kat) | Buzdolabında yiyecek geç bozulur |
| Katalizör | Eₐ’yı düşürür, alternatif yol sunar; kendisi harcanmaz; ΔH’yi değiştirmez | Enzimler, araç katalitik konvertörü |
| Temas yüzeyi | Katılar toz hâlinde daha hızlı tepkir | Toz şeker daha hızlı çözünür |
Hız denklemi: r = k · [A]ᵐ · [B]ⁿ (m, n deneyle bulunur; tepkime derecesi = m + n)
- Tek basamaklı (elementer) tepkimelerde üsler katsayılara eşittir.
- Çok basamaklı tepkimelerde hızı en yavaş basamak belirler; bir basamakta oluşup diğerinde harcanan türe ara ürün denir.
- Katı ve sıvılar hız denklemine yazılmaz.
Kavramlar
- etkin çarpışma
- ürün oluşturan çarpışma
- aktivasyon enerjisi
- tepkime için gereken en düşük enerji
- aktifleşmiş kompleks
- en yüksek enerjili ara yapı
- katalizör
- Eₐ’yı düşürüp hızı artıran madde
- ara ürün
- oluşup harcanan tür
- Etkin çarpışma: yeterli enerji + uygun yönelim
- Aktivasyon enerjisi küçükse tepkime hızlı
- Ortalama hız = Δ derişim / Δ zaman (mol/L·s)
- Derişim, sıcaklık, temas yüzeyi artarsa hız artar
- Katalizör Eₐ’yı düşürür, ΔH’yi değiştirmez
- Çok basamaklı tepkimede hızı en yavaş basamak belirler
Örnek soru ve çözümü
Grafiğe göre 20–40 s arasında tepken A’nın ortalama harcanma hızı kaçtır? Bu hız 0–20 s arasındakinden neden küçüktür?
(0,5 − 0,27)/20 = 0,0115 mol/L·s. Tepken derişimi azaldığı için birim zamandaki çarpışma sayısı azalır ve tepkime yavaşlar.
Çözümlü örnekler
1. Katalizör tepkime entalpisini değiştirir mi? Kolay
ÇözümHayır; yalnızca aktivasyon enerjisini düşürerek hızı artırır.
2. Elementer 2A + B → C tepkimesinin hız denklemi nedir? [A] iki katına çıkarsa hız ne olur? Orta
Çözümr = k[A]²[B]; hız 4 katına çıkar.
3. Un fabrikalarında havadaki un tozunun patlama riski taşımasını tepkime hızıyla açıklayınız. Zor
ÇözümToz hâlindeki unun temas yüzeyi çok büyüktür; havadaki oksijenle bir kıvılcımla çok hızlı yanar ve ani gaz genleşmesi patlamaya yol açar.
Sık yapılan hatalar
- Her çarpışmanın ürün oluşturduğunu sanmak.
- Katalizörün tepkimede harcandığını düşünmek.
- Çok basamaklı tepkimelerde hızı en hızlı basamağın belirlediğini sanmak.
Biliyor muydun?
Vücudumuzdaki katalaz enzimi, hidrojen peroksidi saniyede milyonlarca molekül hızında parçalayabilir; yaraya oksijenli su dökünce çıkan köpüğün nedeni budur!