Kimyasal Tepkimelerde Hesaplamalar
Kimyasal tepkime denkleminden yararlanarak, denklemdeki maddelerin kütlesi, mol sayısı, molekül sayısı, tanecik sayısı, hacim (gazlar için) ve basınç (gazlar için) gibi değerlerin bulunmasına “kimyasal hesaplama” denir. Tepkimelerden yola çıkarak hesaplama yapabilmek için tepkime denkleminin denkleştirilmesi ya da denklem verilmemişse yazılıp denkleştirilmesi gerekir. Soruda bize verilen maddeye karşılık istenilen madde miktarı arasında doğru orantı kurularak hesaplama yapılır. (Nᴀ: Avogadro Sayısı) (N: 14 g/mol, H: 1 g/mol)
Madde Miktarına Bağlı Problemler
0,3 mol C2H5OH gazının yeterince O2 ile tepkimesinden; C2H5OH(g) + 3O2(g) → 2cCO(g) + H2O(g) denklemine göre; a) Kaç mol CO2 gazı oluşur? b) Kaç mol O2 gazı tepkimeye girer? Çözüm: Denkleştirilmiş tepkime verilmiş. Bilinen madde mol sayısı ile istenilen madde mol sayısı arasında doğru orantı kurulmalıdır. C2H5OH (g) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(g) 1 mol 3 mol 2 mol a) 1 mol C2H5OH yandığında 2 mol CO2 gazı oluşuyorsa 0,3 mol C2H5OH yandığında ? mol CO2 gazı oluşur ? = 0,6 mol CO2 gazı oluşur. b) 1 mol C2H5OH 3 mol O2 gazı ile yanarsa 0,3 mol C2H5OH ? mol O2 gazı ile yanar ? = 0,9 mol O2 gazı ile yanar. Normal koşullarda 44,8 litre NH3 gazı, N2 ve H2 gazlarına ayrıştırılırsa kaçar litre H2 ve N2 gazları elde edilir? Çözüm: 2NH3 → N2 + 3H2 Normal koşullarda bir mol gaz 22,4 litre hacim kaplar. 44,8 mol gaz tepkimeye girdiğine göre 2 mol girmiştir. 1 mol N2 ve 3 mol H2 oluşur. Toplam 4 mol gaz 22,4 + 67,2 = 89,6 litre eder.
Artan Madde Problemleri
Tepkimede ilk tükenen maddeye “sınırlayıcı madde” denir. Tepkimede reaktiflerden en az birinin bittiği tepkimelere “tam verimli (100% verimli) tepkime” denir. (Reaktiflerin tamamı da tükenebilir.) Tepkimelerde reaktiflerin tamamı tükeniyorsa “artansız tepkime” denir. Örnek: 3 mol C2H4 ile 12 mol O2 gazlarından oluşan karışım kapalı kapta, C2H4(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 2H2O(g) denklemine göre tam verimle yakılırsa, kaç mol CO2 oluşur ve hangi maddeden kaç mol artar? Çözüm: Verilen madde miktarları, denklemdeki katsayılarla karşılaştırılarak biten madde ve artan madde tespit edilir. Denklemdeki katsayı ile verilen miktar arasında az kat olan sınırlayıcı bileşendir. Bu tepkimede 6 mol CO2 oluşur ve 3 mol O2 gazı artar. C2H4 ise sınırlayıcı bileşendir. Tükendiği için tepkime durdu, tepkimeyi sınırlandırdı.
Karışım Problemleri
Karışan maddelerden tepkimeye girenler için tepkime denklemleri yazılır. Gaz karışımları iki bilinmeyenli denklem kurularak çözülür. Örnek: C2H4 ve H2 gazlarından oluşan 5 mollük karışım 10 mol O2 ile artansız yakıldığına göre, karışımdaki H2 gazının mol yüzdesi kaçtır? Çözüm: İki madde için de ayrı ayrı yanma tepkimesi yazılır. 5 mollük karışımda X mol H2 varsa, (5-X) mol C2H4 vardır. Harcanan O2 miktarı 10 mol; 3 * (5-X) + ?/2 = 10 15 – 3X + ?/2 = 10 30 – 6X + X = 20 5X = 10 ise X = 2 Yani 5 mollük karışımın 2 molü H2 gazıdır. Bu da %40’a eşittir.
Reaksiyon Vermeyen Madde İçeren Karışım Problemleri
Tepkimeye giren maddenin miktarına göre hesaplama yapılır. Pt, Au, Cu, Hg ve Ag gibi soymetaller asitlerle H2 gazı açığa çıkarmazlar. Örnek: Platin ve çinko içeren 70 gramlık alaşım yeterince HCl ile etkileştirildiğinde normal koşullarda 22,4 litre H2 gazı oluşuyor. Buna göre, alaşımdaki platinin kütlesi kaç gramdır? (Zn: 65 g/mol) Çözüm: Pt tam soymetal olduğu için HCl ile tepkime vermez. Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2(g) tepkimesine göre 1 mol çinkodan 1 mol H2 gazı açığa çıkıyor. NK 1 mol gaz 22.4L hacim kaplar. Yani tepkimede 1 mol H2 oluşmuş. 1mol H2 oluşması için, tepkime katsayılarına bakarsak 1 mol çinko kullanılmalıdır. 1 mol Zn ise 65 olduğuna göre; Zn + Pt karışımı 70 gram. 65 gramı Zn ise 5 gram Pt içermektedir.
Katı Kütlesinde Artmanın veya Azalmanın Olduğu Problemler
Katı kütlesinde artma olması reaktiflerden gaz ya da sıvı fazda bulunan bazı maddelerin ürünlerde katıya dönüştüğünü gösterir. Katı kütlesindeki azalma ise, reaktiflerdeki katının ürünlerde gaz ya da sıvıya dönüşmesi demektir. Örnek: Ağzı açık kapta ısıtılan CaCO3 katısı, CaCO3(k) → CaO(k) + CO2(g) denklemine göre ayrıştığında katı kütlesi 88 gram azalıyor. Kaç gram CaCO3 katısı tepkimeye girmiştir? (C:12 g/mol, O:16 g/mol, Ca: 40 g/mol) Çözüm: Katı kütlesindeki azalma, yapıdan uzaklaşan CO2 gazından kaynaklanıyor. Azalma 88 gram olduğuna göre CO2 miktarı da 88 gram demektir. MA(CO2): 44 g/mol, MA(CaCO3) : 100 g/mol n = ? / ?? nCO2 = 88 / 44 = 2 mol CO2 CaCO3(k) → CaO(k) + CO2 (g) 1 mol CaCO3 ayrıştığında 1 mol CO2 açığa çıktığına göre 2 mol CO2 ortaya çıktığında 2 mol CaCo3 ayrışmış olur. m = n * MA = 2 * 100 = 200 gram CaCO3 ayrışır.
Yüzde Verim ve Safsızlık Problemleri
Kimyasal tepkimelerde hesaplamalar ile ilgili en çok soru gelen konulardan birisidir. Bazı reaksiyonlarda reaktiflerdeki maddelerden hiçbiri tamamen tükenmez. Bu tür tepkimeler tam verimli değildir. Verim hesaplamalarında sınırlayıcı bileşenin harcanma miktarı dikkate alınmalıdır. % Verim = 100 * Gerçek verim: Tepkimede elde edilen ürün miktarı Teorik verim: Sınırlayıcı bileşen tamamen tükenseydi oluşacak ürün miktarı Safsızlık; madde içerisindeki taş, toprak gibi tepkime vermeyen yabancı maddeleri ifade eder. Alınan örneğin saflık yüzdesi 70% veriliyorsa; 100 gram örnekte 70 gram reaksiyon veren saf madde var demektir. Örnek: 10 mol N2 gazı 15 mol H2 gazı ile N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) denklemine göre tepkimeye girdiğinde normal koşullarda 22,4 L NH3 oluşuyor. Tepkimenin verimi % kaçtır? Çözüm: Bize verilen mol sayılarına ve tepkime katsayılarına bakıyoruz. Az kat olan sınırlayıcı bileşendir. Tepkimedeki tüm katsayılar sınırlayıcı bileşenin katında alınır. 100% verimli tepkime olsaydı kaç gram ürün oluşacağını hesaplıyoruz. Bulduğumuz değer teorik verimdir. Normal koşullarda 1 mol gaz 22,4 litre hacim kaplar. 22,4 litre NH3 yani 1 mol NH3 oluşmuş. % Verim = 100 * = 100 * 1 / 10 = %10 verimle gerçekleşir.
Tepkime İçerisinde Atom ve Molekül Kütlelerinin Hesaplanması
Maddelerin verilen miktarı ile tepkime denklemindeki miktarını oranlayarak atom ya da molekül kütlesi hesaplanır. Örnek: 3,6 gram C ile 9,6 gram O2 artansız tepkime vererek 0,3 mol CO2 gazı oluşturuyor. Buna göre, CO2 gazının mol kütlesi kaç gramdır? Çözüm: Kütle korunumu yasasını kullanarak ürün miktarı hesaplanır. Daha sonra 0,3 mol ürünün kütlesi bulunduktan sonra doğru orantı ile 1 mol ürünün molüne geçilir. C(k) + O2(g) → CO2 (g) 3,6 g + 9,6 g → 13,2 g 0,3 mol ürün 13,2 gram ise 1 mol ürün 44 gramdır.
Formül Bulma Problemleri
Girenlerdeki atom sayısı ve türü, ürünlerdeki atom sayısı ve türüne eşittir. Bundan yararlanarak bilinmeyen maddenin formülü bulunur. Basit formül, bileşikteki elementler arasında en basit tam sayıların yazıldığı formüldür. Molekül formül, bileşikteki element atomlarının gerçek sayılarının yazıldığı formüldür.
