Kimyasal Bağlar-3

KİMYANIN TEMEL KANUNLARI VE KİMYASAL HESAPLAMA

1.Kütlenin Korunumu Kanunu: Tepkimeye giren maddelerin kütleleri toplamı her zaman ürünlerin kütleleri toplamına eşittir. Kimyasal tepkimelerde kütle enerjiye dönüşmez. Çekirdek reaksiyonlarında ise kütle E=mc2 ye göre enerjiye dönüşebilir.
2.Katlı Oranlar Kanunu : Aynı tür elementlerden oluşan iki farklı bileşikte elementlerden birinin sabit miktarına karşılık diğerinin değişen miktarına katlı oran denir.

Örnek: H2O2 ile H2O bileşiklerinde H atomları sabitken O atomları arasındaki oran 2/1 yada ½ dir.

Örnek : SO2 ile SO3 de S atomları sabitken O atomları arasındaki oran 2/3 yada 3/2 dir.

Örnek: Fe2O3 ile Fe3O4 de Fe atomları sabitleştirilirse 3/ Fe2O3 2/ Fe3O4 O atomları arasındaki oran 9/8 yada 8/9 dur.

Not: Elementlerden biri sabitken diğeri mutlaka değişmelidir. Örneğin NO2 ile N2O4 arasında katlı oran yoktur. Çünkü N atomları eşitlenince O atomları da eşitlenmektedir.
3.Sabit Oranlar Kanunu : Elementlerden bileşik oluşurken elementlerin kütleleri arasında her zaman basit bir oran vardır. Bu orana sabit oran denir. ( karışımlarda böyle bir oran yoktur.)

Örnek: H2O bileşiğinde H/O kütlece oranı 2/16= 1/8 dir. ( H=1 O=16)

Örnek: CO2 bileşiğinde C/O= 12/32 = 6/16 = 3/8 (C=12)

Örnek: MgO bileşiğinde Mg/O = 24/ 16 = 12/8 = 6/4 = 3/2 ( Mg=24)

Kimyasal hesaplama yapabilmek için;
1- Tepkime denklemi doğru olarak yazılarak eşitlenmelidir. Bir tepkime bize şu bilgileri verir.

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

1 mol 3 mol 2 mol ( Mol sayısı korunmadı)
22,4 litre 3x22,4 litre 2x22,4 litre (N.Ş.A) (Korunmadı)
28 gram 6 gram 34 gram (Kütle korundu)
2 mol atom 6 mol atom 8 mol atom (Atom s. Korundu)
2 litre 3 litre 2 litre ( Sadece gazlar için)
6,02x1023 3x 6,02x1023 2x 6,02x1023

Başlangıçta bir maddenin miktarı verilirse o miktar önce mole çevrilir. Tepkime denkleminden faydalanılarak istenilen maddelerin mol sayıları hesaplanır.
Hesaplanan mol sayıları istenilen birimlere çevrilir.

Örnek : 3,2 gram CH4 gazı yeteri kadar O2 gazı ile yakılırsa,
Kaç mol O2 harcanır ? B) N.Ş.A da kaç litre hava harcanır. ? C) Kaç gram CO2 gazı oluşur ve N.Ş.A da kaç litredir ? D) Kaç tane H2O molekülü oluşur ? ( C=12 H=1 O=16 N=6x1023)
n= m/Ma ise n=3,2/16= 0,2 mol CH4

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
0,2 0,4 0,2 0,4

A) 0,4 mol O2 harcanır. B) 0,4x5x22,4=44,8 litre hava harcanır. (Havanın 1/5 i O2 dir.)
0,2x44=8,8 gram CO2 oluşur. D) 0,4x6x1023 = 2,4x1023 tane H2O oluşur.




Tepkime Çeşitleri :

Yanma Tepkimeleri: Yanma hava oksijeniyle (O2) tepkime demektir. 2 çeşit yanma vardır.

Yavaş Yanma: Bu tür yanmalarda bir alev yada parlaklık görülmez. Örneğin demirin paslanması, solunum..
Hızlı Yanma : Bu çeşit yanmalarda alev yada parlaklık gözükür ve olay kısa sürer. Örneğin mumun yanması, kağıdın yanması..

Bir element yanarsa oksiti, bir bileşik yanarsa bileşikteki elementlerin ayrı ayrı oksitleri oluşur.

Örnek : C + O2 CO2 H2 + ½ O2 H2O

CS2 + 3O2 CO2 + 2SO2 CO + 1/2O2 CO2

CO2 + O2 Yanmaz. Soygazlar ( He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rd) yanmazlar.

Asit- Baz Tepkimeleri : Asitlerle bazların tepkimelerinden tuz ve su oluşur.

Asit çözeltisi + Baz çözeltisi Tuz + su

HCl + NaOH NaCl + H2O

2H3PO4 + 3Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + 6H2O

Aktif Metallerin Asit Çözeltileriyle Olan Tepkimeleri: Aktif metaller asit çözeltileriyle tepkimeye girerlerse tuz ve H2 gazı oluşur.

Na + HCl NaCl + 1/2H2 Al + 3HNO3 Al(NO3)3 + 3/2H2

Yarı Soy Metallerin Asitlerle Olan Tepkimeleri : Yarı soy metaller ( Cu, Hg, Ag) Soy metaller ise Au ve Pt dir.

Yarı soy metaller yapısında oksijen bulunan kuvvetli ve derişik asit çözeltileriyle tepkime verirler. Tepkime sonunda tuz, asidin yapısından gelen bir oksit ve su oluşur. Bu tür tepkimelerde H2 gazı oluşmaz.


Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 +2 NO2(g) +2 H2O


2Ag +2 H2SO4 Ag2SO4 + SO2 +2 H2O




FORMÜL BULMA

Bir molekülü oluşturan atomların bağıl sayılarını veren formüle basit formül (kaba formül), molekülü oluşturan atomların gerçek sayılarını veren formüle de molekül formülü denir.

Molekül formülü basit formülün tam sayılı katlarıdır.


(Basit formül) n= molekül formülü


MADDE BASİT FORMÜL MOLEKÜL FORMÜLÜ
Amonyak NH3 NH3
Glikoz CH2O C6H12O6
Eten CH2 C2H4


basit formül bulunurken;

Verilen madde miktarları mole çevrilir.
Bulunan sayılar ilgili maddelerin sağ alt köşelerine yazılır.
sayılar tam sayı değilse ya içlerindeki en küçük sayıya bölünür yada uygun bir sayıyla genişletilerek sadeleştirilir.

Örnek -1

Bir organik bileşikte 2,4 gram C, 12,04.1022 tane azot (N) atomu, 0,2 mol O atomu ve 0,6 gram H atomu bulunmaktadır. Bileşiğin basit formülü nedir ?

Çözüm :

nC= 2,4/12 = 0,2 mol C nN= 12,04.1022/6,02.1023= 0,2 mol N nO=0,2 mol nH= 0,6/1= 0,6 mol H

C0,2H0,6N0,2O0,2 dir. Sayılar 0,2 ye bölünürse CH3NO olur.


Örnek-2

0,2 molünde 0,4 mol Pb ve 9,6 gram oksijen içeren bileşiğin basit formülü nedir ?( O=16)

Çözüm:

0,2 molünde 0,4 mol Pb varsa 1 molünde 2 mol Pb vardır. 0,2 molünde 9,6 gram O varsa 1 molünde 48 gram O bulunur.

NO= 48/16 = 3 mol O olur. Formül ise Pb2O3 olur.


Örnek-3

C ve H dan oluşan bir bileşiğin kütlece %25 i H dir. Buna göre bileşiğin basit formülü nedir ?(C=12 H=1)

Çözüm : 75 gram C Ş nC= 75/12 = 6,25 mol nH= 25/1= 25 mol


C6,25H25 her ikisi de 6,25 e bölünürse CH4 bulunur.
Örnek-4

C,H ve O içeren organik bir bileşiğin 4,6 gramı oksijenle yakıldığında 8,8 gram CO2 ile 1,8.1023 tane H2O molekülü oluşmaktadır. Bileşiğin formülü nedir ? (C=12 H=1 O=16)

Çözüm :

X + O2 CO2 + H2O
4,6 gram 0,2 mol 0,3 mol

bileşikteki karbon 0,2x12= 2,4 gram, bileşikteki hidrojen 0,3x2=0,6 gramdır. Oksijen ise 4,6 -(2,4+0,6) = 1,6 gramdır.

NC=0,2 nH=0,6 nO=0,1 mol C0,2H0,6O0,1 Ş C2H6O

Örnek-5

11,2 gram A ile 3,2 gram B den oluşan bileşiğin formülü AB dir. 22,4 gram A ve 9,6 gram B den oluşan bileşiğin formülü nedir ?

Çözüm :

11,2 gram bileşikte A ise 22,4 gram A2dir. 3,2 gram B yi gösteriyorsa 9,6 gram B B3 olmalıdır. Yani A2B3 dür.

Örnek-6

44 gram Mn ile N.Ş.A da 8,96 litre O2 gazı artansız tepkimeye giriyor. Oluşan bileşiğin formülü nedir ?
( Mn=55)

Çözüm :

nMn= 44/55 = 0,8 mol nO= 8,96/22,4 = 0,4 mol O2 Ş O= 0,8 mol atom dur.

Mn0,8O0,8 Ş MnO dur.


KARIŞIM PROBLEMLERİ




Örnek -1

C2H4 + C3H8 gazları karışımının 20 litresini yakmak için 76 litre oksijen gazı harcanıyor. Başlangıç karışımındaki C3H8 kaç litredir ?

Çözüm :


C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O
x mol 3x mol


C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O
y mol 5y


x+y= 20
3x+5y = 76 Ş x=12 lt , y=8 lt dir.








Örnek -2

14 litre H2 + CO + CH4 gaz karışımının tamamen yanmasıyla 11,2 litre O2 gazı harcanıyor. Karışımdaki CH4 ün mol % si nedir ?

Çözüm:
2H2 + O2 2H2O
2x mol x mol


2CO + O2 2CO2
2y mol y mol

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
z mol 2z mol


2x+2y+z= 14

x+y+2z= 11,2 Ş z= 2,8 litre

Örnek-3 C2H6, C2H4 ve C3H6 gaz karışımının yanmasından 48,4 gram CO2 ve 23,4 gram H2O oluşmaktadır. Karışımdaki C2H6 nın mol sayısı kaçtır ?

Çözüm:


I- C2H6 + 7/2 O2 2CO2 + 3H2O
x mol 2x mol 3x mol

II- C2H4 + 3 O2 2CO2 + 2H2O
y mol 2y mol 2y mol

III-C3H6 + 9/2 O2 3CO2 + 3H2O
z mol 3z mol 3z mol


nCO2= 48,4/44= 1,1 mol nH2O = 23,4/18= 1,3 mol

Denklemler yazılırsa;


2x+2y+3z=1,1(CO2)

3x+2y+3z=1,3 (H2O)


x=0,2 mol Ş C2H6 = 0,2 moldür.










Örnek-4

C3H8+C3H4 gaz karışımının 122 gramını yakmak için 12,5 mol O2 tüketiliyor. Karışımdaki C3H4 N.Ş.A da kaç litredir ?

Çözüm:

I- C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O
x mol 5x mol

III-C3H4 + 4O2 3CO2 + 2H2O
y mol 4y mol


C3H8 =x mol Ş C3H8 = 44x gramdır. C3H4= y mol Ş C3H4= 40y gramdır.

Denklemler yazılırsa;


44x+40y= 122 gram

5x+4y= 12,5 mol

X=0,5 mol Y=2,5 mol

Cevap 2,5 mol C3H4 dür.




Örnek-5
Mg+Ca metalleri karışımının 6,4 gramı HCl çözeltisine atıldığında N.Ş.A da 8,96 lt H2 gazı çıktığına göre karışımdaki Mg kaç gramdır ? (Mg=24 Ca=40)

Çözüm : n= 8,96/22,4=0,4 mol H2

Mg+ 2HCl MgCl2 + H2
x mol x mol

Ca + 2HCl CaCl2 + H2
y mol y mol


24x + 40y = 6,4 gram

x + y = 0,4 mol

x= 0,2 mol y=0,2 mol

Mg= 0,2x24=4,8 gramdır.







ARTAN MADDE İLE İLGİLİ HESAPLAMALAR

Tepkimeye giren maddelerin ikisinin de miktarı verilmişse büyük bir ihtimalle bu maddelerden birinden artan var demektir. Artanı bulabilmek için verilen madde miktarları önce mole çevrilir. Mol sayıları tepkimedeki ilgili maddelerin katsayılarıyla karşılaştırılır ve katı küçük olan tükenir. Diğerinden artan var demektir.

Örnek-1 : 20 litre C3H8 ile 20 litre O2 tepkimeye sokuluyor. Hangi gazdan kaç litre artar ?

Çözüm :

C3H8 + 5O2* 3CO2 + 4H2O
20 katı 4 katı
20 20

katı küçük olan tükeneceğine göre O2 biter ve üzerine bir yıldız konur. Bütün hesaplamalar O2 üzerinden yapılır. Çünkü kimyasal tepkimeler en az madde miktarı üzerinden yürür.

1litre C3H8 ile 5 litre O2 girerse

x litre 20 litre

x= 4 litre C3H8 girer.

20-4= 16 litre C3H8 artar.

Örnek-2 : 53 gram Na2CO3 ile 0,5 M 600 ml HCl çözeltisinin tepkimesinden oluşacak CO2 N.Ş.A da kaç lt dir ? (Na=23 C=12 H=1)

Çözüm:
nNa2CO3 = 53/106=0,5 mol M=n/V Ş 0,5 = n/0,6 Ş n=0,3 mol

Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + CO2 + H2O
0,5 katı 0,15 katı

0,5 mol 0,3 mol


HCl nin katı küçük olduğundan HCl tükenir. O halde orantı HCl ile CO2 arasında olacaktır.

2 mol HCl den 1 mol CO2 oluşuyorsa


0,3 mol den x mol


x= 0,15 mol CO2 Ş 0,15x22,4 = 3,36 litre











Örnek-3

6 lt N2 ile 6 litre H2 gazlarından aynı koşullarda NH3 gazı oluşturuluyor. Tepkime bittiğinde ortamda kaç litre gaz bulunur ?

Çözüm:

N2 + 3H2 2NH3
6 katı 2 katı
6 6

H2 tükenecektir. N2 den artan olacaktır. Tepkime bittiğinde artan gazla oluşan gaz birlikte bulunur. Buna göre
1 litre N2 ile 3 litre H2 girerse

x litre 6 litre H2

x= 2 litre N2 girer.

6-2= 4 litre N2artar.

3 litre H2 den 2 litre NH3 oluşursa

6 litre H2 den x litre


x= 4 litre NH3

Sonuçta 2 litre artan N2 + 4 litre oluşan NH3 = 6 litre gaz karışımı ele geçer.

SAFLIK PROBLEMLERİ

Tepkimeye giren maddeler her zaman saf olmayabilir. Bir karışım içerisindeki gerekli olan maddenin oranına saflık yüzdesi denir. %80 arılıkta çinko örneği demek 100 gram örneğin 80 gramı çinko 20 gramı yabancı maddedir. Bu tür problemlerde tepkimedeki maddelerden birinin miktarı mutlaka verilir. Verlien madde miktarı üzerinden istenilen maddenin miktarı tepkime denkleminden hesaplanır. Daha sonra % si hesaplanır.

Örnek-1

52 gram Zn örneği yeterli miktarda HCl çözeltisine atıldığında N.Ş.A da 8,96 litre H2 gazı çıktığına göre örnekteki Zn %si kaçtır ? ( Zn= 65)

Çözüm:

n=8,96/22,4=0,4 mol H2 Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

x mol 0,4 mol

x=0,4 mol Zn Ş Zn = 0,4 x65 = 26 gram Zn


52 gramda 26 gram Zn varsa

100 gramda x gr


x= 50


Örnek-2

Saf olmayan 80 gram S yakılıyor. Yanma sonucunda N.Ş.A da hacmi 35,84 litre olan SO2 gazı oluşuyor. S kütlece % de kaç saflıktadır ? ( S=32)

Çözüm:

n=35,84/22,4=1,6 mol SO2 S + O2 SO2

x mol 1,6 mol

x=1,6 mol S Ş S= 1,6x32=51,2gram S


80 gramda 51,2 gram S varsa

100 gramda x

x= 64




.


Örnek-3

% 50 arılıktaki 64 gram S nin %50 verimle yanmasından oluşan SO2 gazı N.Ş.A da kaç litredir ? (S=32)

Çözüm :
64 gramın yarısı saf ise 32 gram demektir. 32 gram %50 verimle girdiğine göre 16 gramı girecektir. 16 gram S ise 16/32=0,5 mol dür.


S + O2 SO2
0,5 mol 0,5 mol Ş 0,5x22,4=11,2 litre



VERİM PROBLEMLERİ

Kimyasal tepkimelerde çoğu kez beklenen miktarda ürün elde edilemez. Elde edilen miktarın tepkime denkleminden beklenen miktarına oranına verim denir. Tepkime verimi % de ile belirtilir.

Örnek-1

6 gram C yandığında N.Ş.A da 8,96 litre CO2 elde ediliyor. Tepkime verimi % de kaçtır ? (C=12)

Çözüm:

n=8,96/22,4= 0,4 mol CO2 dir.

C + O2 CO2
0,4 mol 0,4 mol

0,4x12=4,8 gram C yanmıştır.

6 gram C nin 4,8 gramı yanmışsa


100 gramda x

x= 80 Ş verim %80


Örnek-2

N.Ş.A da 8,96 litre SO2 gazı elde edebilmek için kaç gram S %80 verimle yakılmalıdır ? (S=32)

Çözüm:

n=8,96/22,4= 0,4 mol SO2

S + O2 SO2
0,4 mol 0,4 mol

0,4x32= 12,8 gram.


100 gram S nin 80 gramı yanıyorsa

x gram 12,8 gram

x=16 gram
Örnek-3

CO + Cl2 COCl2

yukarıdaki tepkimeye göre 21 gram CO ile 35,5 gram Cl2 den 39,6 gram COCl2 elde edilmiştir. Tepkime verimi % de kaçtır ? (Cl=35,5 C=12 O=16)
28 gr 71 gr 99 gram
Çözüm : CO + Cl2 COCl2
21 35,5

Cl2 tükeneceğine göre teorik verimi bunun üzerinden hesaplamalıyız.


71 gram Cl2 %100 verimle 99 gram COCl2 elde edilirse

35,5 gram dan x

x= 49,5 gram


49,5 gram %100 verimleyse

39,6 gram x

x=%80