Kimyasal Tepkimelerde Hız: Çarpışma Teorisi, Etkin Çarpışma, Aktifleşmiş Kompleks ve Aktivasyon Enerjisi
Çarpışma teorisini kullanarak bir kimyasal tepkimenin gerçekleşmesi için gereken etkin çarpışma şartlarını açıklar. · İleri ve geri aktivasyon enerjisi, aktifleşmiş kompleks ve tepkime entalpisi (ΔH) kavramlarını potansiyel enerji (PE) diyagramları üzerinde ilişkilendirir. · Endotermik ve ekzotermik tepkimelerin potansiyel enerji - tepkime koordinatı grafiklerini yorumlayarak sayısal problemleri çözer.
- Etkin (ürünle sonuçlanan) çarpışma için iki şart aynı anda sağlanmalıdır: 1) Uygun geometrik doğrultu ve yön, 2) Yeterli kinetik enerji (>= Ea).
- Aktivasyon enerjisi (Ea) daima pozitiftir; sıcaklıkla değişmez, yalnızca katalizör kullanıldığında düşer ve Ea küçüldükçe tepkime hızlanır.
Çarpışma teorisi ve potansiyel enerji diyagramı kavramlarını açıklamalarıyla eşleştiriniz.
Çarpışma teorisi ve aktivasyon enerjisiyle ilgili ifadelerden doğru olanlara D, yanlış olanlara Y yazınız.
| D | Y | |
| İleri ve geri aktivasyon enerjilerinin (Eai ve Eag) değeri daima pozitiftir, asla negatif olamaz. | ✓ | |
| Tepkime sıcaklığını artırmak aktivasyon enerjisi (Ea) değerini küçülterek tepkimeyi hızlandırır. | ✓ | |
| Ekzotermik tepkimelerde geri aktivasyon enerjisi ileri aktivasyon enerjisinden büyüktür (Eag > Eai). | ✓ | |
| Aktifleşmiş kompleks kararlı bir bileşik olmayıp ya ürünlere ya da girenlere dönüşür. | ✓ |
Görseldeki potansiyel enerji (PE) grafiğinde girenlerin enerjisi 20 kJ, tepe noktası (aktifleşmiş kompleks) 95 kJ ve ürünlerin enerjisi 45 kJ ise Eai, Eag ve ΔH kaç kJ’dür?
- AEai = 75, Eag = 50, ΔH = +25
- BEai = 95, Eag = 45, ΔH = -25
- CEai = 75, Eag = 50, ΔH = -25
- DEai = 50, Eag = 75, ΔH = +25
Bir kapta saniyede milyarlarca tanecik çarpışmasına rağmen neden çarpışmaların yalnızca çok küçük bir kısmı ürünle sonuçlanır?
Farklı kimyasal tepkimelere ait enerji tablosundaki eksik büyüklükleri (PEAK = PEg + Eai ve ΔH = Eai - Eag) hesaplayarak tamamlayınız.
| Tepkime | Verilen Enerji Değerleri (kJ) | Hesaplanan Değer ve Tepkime Türü |
|---|---|---|
| I. Tepkime | E_ai = 80 kJ, E_ag = 110 kJ | ΔH = -30 kJ (Ekzotermik) |
| II. Tepkime | E_ai = 90 kJ, ΔH = +35 kJ | E_ag = 90 - 35 = 55 kJ (Endotermik) |
| III. Tepkime | PE_g = 30 kJ, PE_AK = 100 kJ, PE_ü = 10 kJ | E_ai = 70 kJ, E_ag = 90 kJ, ΔH = -20 kJ |
| IV. Tepkime | I. (E_ai=80) ve II. (E_ai=90) Hız Karşılaştırması | Aynı koşullarda I. tepkime daha hızlıdır (E_ai küçük) |
Görseldeki H2(g) + Cl2(g) -> 2HCl(g) tepkimesinin çarpışma teorisine göre gerçekleşme basamaklarını oluş sırasına diziniz.
- 3Tepe noktasında en yüksek potansiyel enerjili kararsız [H···H···Cl···Cl] aktifleşmiş kompleksinin oluşması
- 4Eski bağların tamamen kopup yeni H-Cl bağlarının oluşmasıyla enerji açığa çıkarak ürünlerin oluşması
- 2Taneciklerin kinetik enerjisinin potansiyel enerjiye dönüşmesiyle H-H ve Cl-Cl bağlarının zayıflaması
- 1H2 ve Cl2 moleküllerinin uygun geometrik doğrultuda ve yeterli kinetik enerjiyle çarpışması
Görseldeki aynı koşullarda gerçekleşen üç tepkimenin ileri aktivasyon enerjileri Eai,1 = 45 kJ, Eai,2 = 70 kJ ve Eai,3 = 115 kJ ise hızları arasındaki ilişki nedir?
- Ar1 > r2 > r3
- Br3 > r2 > r1
- Cr1 = r2 = r3
- Dr2 > r1 > r3
Potansiyel enerji diyagramındaki ifadeleri karşılıklarıyla eşleştiriniz.
Cümlelerdeki boşlukları kutudaki kavramlarla tamamlayınız.
- Bir kimyasal tepkimenin hızı birim zamanda gerçekleşen etkin çarpışma sayısıyla doğru orantılıdır.
- Endotermik tepkimelerde ürünlerin potansiyel enerjisi girenlerin potansiyel enerjisinden büyük olur.
- Aktivasyon enerjisi değerini düşürerek hem ileri hem geri tepkimeyi hızlandıran maddeye katalizör denir.
Potansiyel enerji diyagramları ve tepkime hızıyla ilgili ifadelerden doğru olanlara D, yanlış olanlara Y yazınız.
| D | Y | |
| Potansiyel enerji grafiğinin tepe noktası aktifleşmiş kompleksin potansiyel enerjisini gösterir. | ✓ | |
| ΔH = PEürünler - PEgirenler formülü ile ΔH = Eai - Eag formülü aynı sonucu verir. | ✓ | |
| Uygun doğrultuda çarpışan taneciklerin enerjisi Ea’dan düşük olsa bile mutlaka ürün oluşur. | ✓ | |
| Katalizör, Eai ve Eag değerlerini eşit miktarda düşürdüğü için ΔH değerini değiştirmez. | ✓ |
İpuçlarına karşılık gelen kavramları yazarak anahtar kelimeyi bulunuz.
Turuncu kutulardaki harfler yukarıdan aşağıya: ETKİN
Sıcaklığı artırmanın ve katalizör kullanmanın aktivasyon enerjisini (Ea) ve etkin çarpışma sayısını nasıl etkilediğini karşılaştırarak açıklayınız.