Ana içerik

Tepkime Mekanizması ve Hız Yasası

Önemli noktalar

Tepkime mekanizması bir kimyasal tepkimenin gerçekleşmesini sağlayan basit basamakların sırasını verir.
iki ya da daha fazla basit basamağı olan tepkimeler, çok basamaklı ya da karmaşık tepkimeler olarak adlandırılır.
Tepkime ara ürünü, basit basamaklarında birinde üretilen, bir başkasında da kullanılan kimyasal bir türdür.
Bir tepkime mekanizmasının en yavaş basamağı, hızı belirleyen basamak olarak adlandırılır.
Hızı belirleyen basamak, tepkimenin genel hızını kısıtlayarak, genel tepkimenin hız yasasını belirler.

Giriş: Çok basamaklı tepkimeler

Kinetiğin en önemli uygulamalarından biri, tepkime mekanizmalarının başka bir deyişle, tepkimenin gerçekleştiği basamakların sırasının araştırılmasıdır. Örnek olarak, azot dioksit ile karbon monoksitin tepkimesini ele alalım:

\ce{NO2}(g) + \ce{CO}(g) \rightarrow \ce{NO}(g) + \ce{CO}_2(g)

Dengelenmiş denkleme dayanarak bu tepkimenin bir azot dioksit molekülü ile bir karbon monoksit molekülü arasındaki tek bir çarpışmayla gerçekleşebileceğini, başka bir deyişle, bunun basit bir tepkime olduğunu varsayabiliriz.

[Basit tepkime nedir?]

Eğer durum bu ise, hız yasası, dengelenmiş kimyasal denklemdeki tepkimeye giren maddelerin kat sayılarını baz alır:

\text{hız} = k[\ce{NO2}][\text{CO}]

Ancak bu tepkimeyi deneysel olarak gözlemlediğimizde, hız yasasının aşağıdaki gibi olduğunu görürüz:

\text{hız} = k[\ce{NO2}]^2

Deneysel hız yasası, basit bir tepkime olduğu varsayımını kullanarak elde ettiğimize uymadığından, tepkimemizde birden fazla basamak olması gerektiğini hemen anlayabiliriz. Birden fazla basit basamak içeren tepkimelere çok basamaklı ya da karmaşık tepkimeler adı verilir. Bir sonraki bölümde de göreceğimiz gibi, çok basamaklı bir tepkime mekanizmasında yer alabilecek tekil basamaklar hakkında ek bilgi almak için hız yasasını kullanabiliriz.

Çok basamaklı tepkime mekanizmaları

Tepkimenin deneysel hız yasası belirlendiğinde, kimyagerler olası tepkime mekanizmasını kurmaya ve araştırmaya başlayabilirler. Olası bir tepkime mekanizması en azından, aşağıdaki iki koşulu sağlamalıdır:

Mekanizmadaki basit basamakların denklemlerini topladığımızda, tepkimenin genel denklemini elde ederiz.
Mekanizma, deneysel hız yasası ile tutarlı olmalıdır.

Bu koşulları kullanarak,

\ce{NO2}

\ce{CO}

arasında gerçekleşen bir tepkime için önerilen mekanizmayı değerlendirelim. Genel olarak bu tepkimenin, iki basit basamakta gerçekleştiğine inanılır:

\begin{aligned}\text{1. Basamak:}&\quad \ce{NO2}(g) + \ce{NO2}(g) \xrightarrow{} \ce{NO}(g) + \ce{NO3}(g) \\\\[-0.50em] \text{2. Basamak:}&\kern1.5em \ce{NO3}(g) + \ce{CO}(g) \xrightarrow{} \ce{NO2}(g) + \ce{CO2}(g)\end{aligned}

Öncelikle, bu iki basamağın denklemlerini topladığımızda, tepkimenin genel denklemini elde edip etmediğimizi kontrol edelim:

\begin{aligned} \text{1. Basamak:}&\quad \ce{NO2}(g) + \blueD{\cancel{\ce{NO2}(g)}} \xrightarrow{} \ce{NO}(g) + \maroonD{\cancel{\ce{NO3}(g)}} \\\\[-0.50em] \text{2. Basamak:}&\kern1.5em \maroonD{\cancel{\ce{NO3}(g)}} + \ce{CO}(g) \xrightarrow{} \blueD{\cancel{\ce{NO2}(g)}} + \ce{CO2}(g) \\\\[-0.75em] &\kern1.4em \overline{\phantom{\ce{NO2}(g) + \ce{CO}(g) \xrightarrow{} \ce{NO}(g) + \ce{CO2}(g)}} \\\\[-2em] \text{Genel Tepkime:}&\kern1.5em \ce{NO2}(g) + \ce{CO}(g) \xrightarrow{} \ce{NO}(g) + \ce{CO2}(g) \end{aligned}

Doğru!

\ce{NO3}

molekülünün, mekanizmanın iki basamağında da yer almasına rağmen, tepkimenin genel denkleminde bulunmadığına dikkatinizi çekmek istiyoruz.

\ce{NO3}

, bu tepkimede bir tepkime ara ürünü, yani bir basamakta elde edilip sonraki bir basamakta kullanılan kimyasal bir türdür.

Sonrasında, iki basamaklı mekanizmanın, deneysel hız yasası ile tutarlı olup olmadığını inceleyelim. Bunun için, basamaklardan hangisinin hız belirleyen yani mekanizmadaki en yavaş basamak olduğunu belirlememiz lazım. Bir tepkime, en yavaş basamağından daha hızlı gerçekleşemeyeceğinden, hızı belirleyen basamak, tepkimenin genel hızı üzerinde etkilidir. Bunu, otoyolun bazı kısımlarında trafik olmamasına rağmen, trafik olan bir kısmının, arabaların hızını etkilemesine benzetebiliriz.

Önerilen mekanizmada, hızı belirleyen basamağın, 1. basamak olduğu düşünülüyor:

\begin{aligned} \text{1. Basamak:}&\quad \ce{NO2}(g) + \ce{NO2}(g) \xrightarrow{slow} \ce{NO}(g) + \ce{NO3}(g) \\\\[-0.50em] \text{2. Basamak:}&\kern1.5em \ce{NO3}(g) + \ce{CO}(g) \xrightarrow{fast} \ce{NO2}(g) + \ce{CO2}(g) \end{aligned}

1, point basamak, tepkimenin genel hızını sınırlandırdığı için, bu basamağın hız yasasının, genel hız yasasıyla aynı olması gerekir. Buna dayanarak, genel tepkimenin hız yasasının aşağıdaki gibi ifade edilebileceğini söyleyebiliriz:

\text{hız} = k[\ce{NO2}]^2

Bu hız yasasının, daha önce gördüğümüz deneysel hız yasası ile tutarlı olduğunu görüyoruz. O halde, önerilen mekanizmanın, ikinci koşulu da sağladığını söylebiliriz. Önerilen mekanizma, koşulların ikisini de sağladığına göre, bu tepkime için geçerli bir mekanizma olduğunu kabul edebiliriz.

Özet

Tepkime mekanizması bir kimyasal tepkimenin gerçekleşmesini sağlayan basit basamakların sırasını verir.
iki ya da daha fazla basit basamağı olan tepkimeler, çok basamaklı ya da karmaşık tepkimeler olarak adlandırılır.
Tepkime ara ürünü, basit basamaklarında birinde üretilen, bir başkasında da kullanılan kimyasal bir türdür.
Bir tepkime mekanizmasının en yavaş basamağı, hızı belirleyen basamak olarak adlandırılır.
Hızı belirleyen basamak, tepkimenin genel hızını kısıtlayarak, genel tepkimenin hız yasasını belirler.

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Giriş Yap

Sıralama ölçütü:

Henüz gönderi yok.

İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.

Kimya Kütüphanesi