İçeriğe geç

11. sınıf · Kimya · 11. hafta (30 Kasım-4 Aralık 2026)

Tek ve Çok Basamaklı (Mekanizmalı) Tepkimelerde Hız Bağıntısı, Tepkime Derecesi (Mertebesi), Molekülerite ve Hız Sabiti (k) Özellikleri (KİM.11.1.7)

1. Tema: Etkileşim teması · Konu özeti

🃏 Kavram kartlarıEtkinlikler
Bu hafta

Kimyasal bir tepkimenin hızının reaktiflerin molar derişimlerine nasıl bağlı olduğunu matematiksel olarak ifade eden denkleme hız bağıntısı (hız denklemi) adı verilir. Tek adımda gerçekleşen tepkimelerde hız denklemi gaz ve sulu çözelti fazındaki girenlerin katsayılarına göre doğrudan yazılırken, birbirini izleyen birden fazla basamaktan oluşan mekanizmalı tepkimelerde toplam hızı aktifleşme enerjisi en yüksek olan en yavaş basamak belirler.

Tek Basamaklı Tepkimelerde Hız Bağıntısı, Derece ve Molekülerite

Reaktif taneciklerinin tek bir etkin çarpışma adımıyla doğrudan ürünlere dönüştüğü tepkimelere tek basamaklı (temel) tepkimeler denir. Genel denklemi aA(g) + bB(suda) + cC(k) → Ürünler biçiminde olan tek basamaklı bir tepkimede tepkime hızı, gaz fazındaki (g) ve sulu çözeltideki (suda) reaktiflerin molar derişimlerinin stokiyometrik katsayılarıyla üs olarak alındığı r = k · [A]a · [B]b bağıntısıyla hesaplanır.

Saf katıların (k) ve saf sıvıların (s) sabit sıcaklıkta birim hacimdeki madde miktarları (molar derişimleri) tepkime süresince değişmediği için hız bağıntısında yer almazlar; bunların etkisi hız sabiti k içerisine dahil edilir. Deneysel olarak belirlenen hız bağıntısındaki derişim terimlerinin üsleri toplamına (a + b) tepkime derecesi (mertebesi) denir. Yukarıdaki tepkime A'ya göre a. dereceden, B'ye göre b. dereceden ve toplamda (a + b). derecedendir.

Net tepkime denkleminde girenler tarafında yer alan bütün taneciklerin (katı, sıvı, gaz veya suda ayrımı yapılmaksızın) stokiyometrik katsayıları toplamına ise molekülerite adı verilir. Molekülerite teorik bir büyüklük olup pozitif tam sayı değerleri alır: girenlerin katsayıları toplamı 1 ise monomoleküler (ünimoleküler), 2 ise bimoleküler, 3 ise trimoleküler (termoleküler) tepkime olarak adlandırılır.

TEK BASAMAKLI TEPKİMEDE HIZ BAĞINTISI, DERECE VE MOLEKÜLERİTE Tek Basamaklı Tepkime: Zn(k) + 2HCl(suda) + O2(g) → ZnCl2(suda) + H2O(s) Not: Gazlar (g) ve sulu çözeltiler (suda) hız bağıntısına yazılır; saf katı (k) ve saf sıvılar (s) yazılmaz. 1. Hız Bağıntısı (Denklemi) r = k · [HCl]² · [O2] • Zn(k) katı olduğundan yer almaz. • HCl'nin katsayısı 2 üs olarak gelir. • O2 gazının katsayısı 1 üs olur. 2. Tepkime Derecesi (Mertebe) Derece = 2 + 1 = 3 • Deneysel hız denkleminden bulunur. • HCl'ye göre 2., O2'ye göre 1. derece. • Sıfır veya kesirli sayı da olabilir. 3. Molekülerite (Tanecik Sayısı) Molekülerite = 1 + 2 + 1 = 4 • Net tepkime girenlerinden bulunur. • Katı, sıvı, gaz tüm girenler toplanır. • Daima pozitif tam sayıdır (Teorik).
🔍 Büyütmek için dokunun

Çok Basamaklı (Mekanizmalı) Tepkimelerde Yavaş Basamak, Ara Ürün ve Katalizör

Birçok kimyasal tepkime reaktiflerin tek seferde çarpışmasıyla değil, birbirini izleyen iki ya da daha fazla temel basamaktan oluşan bir tepkime mekanizması üzerinden yürür. Mekanizmalı tepkimelerde basamakların hızları birbirinden farklıdır ve toplam tepkimenin hızını, ileri aktifleşme enerjisi (Eai) en büyük olan en yavaş basamak (hız belirleyen basamak) tayin eder. Bu nedenle mekanizmalı bir tepkimenin hız bağıntısı net tepkimeye göre değil, yavaş basamağın girenlerine göre yazılır.

Mekanizmalı tepkimenin alt basamakları taraf tarafa toplandığında net (toplam) tepkime denklemi elde edilir. Bu toplama işlemi sırasında, önceki basamakların birinde ürün olarak oluşup sonraki basamakların birinde reaktif olarak harcanan ve net tepkimede yer almayan taneciklere ara ürün adı verilir. Ara ürünler tepkimenin başında ortamda bulunmaz, tepkime sırasında geçici olarak üretilip tüketilir.

Tepkimeye dışarıdan eklenerek önceki basamaklardan birine reaktif olarak giren ve sonraki basamakların birinden kimyasal yapısı değişmeden ürün olarak geri çıkan maddelere ise katalizör denir. Katalizör de ara ürün gibi net tepkime denkleminde yer almaz; ancak yavaş basamağın aktifleşme enerjisini düşürerek tepkimeyi hızlandırır. Potansiyel enerji (PE) diyagramında kaç tane tepe noktası varsa tepkime o kadar basamaklıdır.

MEKANİZMALI TEPKİMEDE YAVAŞ BASAMAK, ARA ÜRÜN VE KATALİZÖR Tepkime Mekanizması ve Taraf Tarafa Toplama 1. Basamak (Yavaş - Hız Belirleyen): H2O2(suda) + I⁻(suda) → H2O(s) + IO⁻(suda) 2. Basamak (Hızlı): H2O2(suda) + IO⁻(suda) → H2O(s) + O2(g) + I⁻(suda) Net (Toplam) Tepkime Denklemi: 2H2O2(suda) → 2H2O(s) + O2(g) (Molekülerite = 2, ancak tepkime tek basamaklı değildir!) Hız Bağıntısı (Yavaş Basamaktan) r = k · [H2O2] · [I⁻] Tepkime Derecesi = 1 + 1 = 2 Ara Ürün: IO⁻(suda) 1. basamakta ürün olarak oluşur, 2. basamakta reaktif olarak harcanır. Katalizör: I⁻(suda) 1. basamağa reaktif olarak girer, 2. basamaktan değişmeden geri çıkar.
🔍 Büyütmek için dokunun

Deneysel Hız Tabloları ve Hız Sabitinin (k) Özellikleri

Bir kimyasal tepkimenin hız bağıntısı ve reaktiflere göre dereceleri laboratuvarda başlangıç hızları yöntemiyle (kontrollü deney tablolarıyla) belirlenir. Birden fazla reaktif içeren bir tepkimede, bir reaktifin derişiminin hıza etkisini bulmak için diğer reaktiflerin derişimlerinin sabit tutulduğu iki deney seçilir. Sabit tutulmayan reaktifin derişimi m katına çıktığında başlangıç hızı ma katına çıkıyorsa tepkime o reaktife göre a. derecedendir; hız değişmiyorsa o reaktife göre 0. derecedendir (hız bağıntısına yazılmaz).

Hız bağıntısındaki orantı katsayısı olan hız sabiti (k), her tepkime için karakteristik bir büyüklüktür. Hız sabiti k'nin sayısal değeri; sıcaklık, katalizör, temas yüzeyi (heterojen tepkimelerde katının toz hâline getirilmesi) ve reaktiflerin cinsi ile değişir. Buna karşılık reaktiflerin derişimlerinin veya kap hacminin değiştirilmesi tepkime hızını (r) değiştirse de hız sabiti k'nin sayısal değerini değiştirmez.

Hız sabiti k'nin birimi, tepkimenin toplam derecesine (n) bağlı olarak değişir. Tepkime hızı birimi molL·s ve derişim birimi molL olduğundan, toplam derecesi n olan bir tepkimede k'nin birimi Birimi(k) = (L / mol)n-1 · (1 / s) bağıntısıyla bulunur. Örneğin n = 1 için 1/s, n = 2 için Lmol·s, n = 3 için L²mol²·s birimi elde edilir.

DENEYSEL HIZ TABLOSU ÇÖZÜMÜ VE HIZ SABİTİ (k) ÖZELLİKLERİ Deney [X] (mol/L) [Y] (mol/L) Hız r (mol/L·s) 1 0,10 0,10 2,0 · 10⁻³ 2 0,10 0,20 (×2) 4,0 · 10⁻³ (×2) 3 0,30 (×3) 0,10 1,8 · 10⁻² (×9) • 1 ve 2. deney: [X] sabit, [Y] 2 katına çıkınca r 2 katına çıktı ⇒ Y¹ • 1 ve 3. deney: [Y] sabit, [X] 3 katına çıkınca r 9 (3²) katına çıktı ⇒ X² • Hız Bağıntısı: r = k · [X]² · [Y] (Toplam Derece n = 3) Hız Sabiti (k) Hesabı ve Özellikleri 1. Deneyde Yerine Koyma: 2·10⁻³ = k · (0,1)² · (0,1) ⇒ k = 2 L² / (mol²·s) ✓ k Değerini Değiştiren Faktörler (TSK): 1. Sıcaklık (T) artışı k'yi artırır. 2. Katalizör (K) ve Temas Yüzeyi (S) k'yi değiştirir. ✗ k Değerini Değiştirmeyen Faktör: Reaktiflerin derişimi [X], [Y] k'yi değiştirmez!
🔍 Büyütmek için dokunun

Örnekler

  1. Örnek 1Tek basamakta gerçekleşen C(k) + O2(g) → CO2(g) tepkimesi ile N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) tepkimesinin hız bağıntılarını, tepkime derecelerini ve moleküleritelerini karşılaştırınız.

    Cevabı göster

    Birinci tepkimede C(k) saf katı olduğu için hız bağıntısına yazılmaz; r1 = k1 · [O2] olur. Bu tepkimenin derecesi 1 iken moleküleritesi girenlerin katsayıları toplamından 1 + 1 = 2'dir (bimoleküler). İkinci tepkimede tüm girenler gaz fazında olduğundan r2 = k2 · [N2] · [H2]3 olur; tepkime derecesi 1 + 3 = 4 ve moleküleritesi de 1 + 3 = 4'tür.

  2. Örnek 2Gaz fazında gerçekleşen 2NO(g) + 2H2(g) → N2(g) + 2H2O(g) tepkimesinin iki basamaklı mekanizmasında 1. basamak (yavaş): 2NO(g) + H2(g) → N2(g) + H2O2(g) şeklindedir. Buna göre tepkimenin 2. (hızlı) basamağını, ara ürününü ve hız bağıntısını bulunuz.

    Cevabı göster

    Net tepkimeden 1. basamak çıkarıldığında 2. (hızlı) basamak: H2O2(g) + H2(g) → 2H2O(g) olarak bulunur. Birinci basamakta ürün olarak oluşup ikinci basamakta giren olarak harcanan H2O2(g) maddesi ara üründür. Hız bağıntısı yavaş olan 1. basamağın girenlerine göre r = k · [NO]2 · [H2] şeklinde yazılır ve tepkime derecesi 3'tür.

  3. Örnek 3Deneysel hız bağıntısı r = k · [A]2 · [B] olan gaz fazındaki bir tepkimede sabit sıcaklıkta tepkime kabının hacmi yarıya (V/2'ye) indirilirse tepkime hızı ve hız sabiti k nasıl değişir?

    Cevabı göster

    Sabit sıcaklıkta kabın hacmi yarıya indirildiğinde (M = n/V bağıntısına göre) gaz fazındaki A ve B maddelerinin molar derişimleri 2 katına çıkar. Hız bağıntısında yerine konulursa r_yeni = k · (2[A])2 · (2[B]) = 4 · 2 · r = 8r olur; yani tepkime hızı 8 katına çıkar. Sıcaklık sabit olduğu için hız sabiti k değişmez.

  4. Örnek 4Gaz fazındaki X + 2Y → Z tepkimesi için sabit sıcaklıkta yapılan deneylerde: 1. deneyde [X]=0,1 M, [Y]=0,2 M iken r=4·10-4 M/s; 2. deneyde [X]=0,2 M, [Y]=0,2 M iken r=8·10-4 M/s; 3. deneyde [X]=0,2 M, [Y]=0,6 M iken r=8·10-4 M/s ölçülmüştür. Tepkimenin hız bağıntısını ve k değerini bulunuz.

    Cevabı göster

    1 ve 2. deneylerde [Y] sabitken [X] 2 katına çıktığında hız da 2 katına çıkmıştır (X'e göre 1. derece). 2 ve 3. deneylerde [X] sabitken [Y] 3 katına çıktığında hız değişmemiştir (Y'ye göre 0. derece). Dolayısıyla hız bağıntısı r = k · [X] şeklindedir. 1. deneyde yerine yazılırsa: 4·10-4 = k · 0,1 ⇒ k = 4·10-3 1/s bulunur.

  5. Örnek 5Üç basamaklı bir tepkimenin basamaklarının ileri aktifleşme enerjileri sırasıyla Eai1 = 45 kJ, Eai2 = 85 kJ ve Eai3 = 30 kJ'dür. Bu tepkimenin hızını hangi basamak belirler ve katalizör eklendiğinde hangi basamağın eşik enerjisi düşer?

    Cevabı göster

    Bir basamağın ileri aktifleşme enerjisi (Eai) ne kadar büyükse o basamak o kadar yavaştır. Eai2 = 85 kJ en büyük olduğu için tepkimenin en yavaş (hız belirleyen) basamağı 2. basamaktır. Tepkimeye uygun bir pozitif katalizör eklendiğinde hız belirleyen 2. basamağın aktifleşme enerjisini düşürerek tüm tepkimeyi hızlandırır.

  6. Örnek 6Toplam derecesi 3 olan bir kimyasal tepkimenin hız sabiti k'nin birimini, hız ve derişim birimlerini kullanarak türetiniz.

    Cevabı göster

    Toplam derecesi n = 3 olan bir tepkimede hız denklemi r = k · (Derişim)3 biçimindedir. Hız birimi mol/(L·s) ve derişim birimi mol/L yerine yazılırsa: mol / (L·s) = k · (mol / L)3 ⇒ k = [mol / (L·s)] · [L3 / mol3] = L2 / (mol2 · s) olarak elde edilir.

Kavram Kartları

1 / 8

Karta dokunarak arka yüzündeki açıklamayı görün; yön tuşlarıyla kartlar arasında geçiş yapın.

Etkinlikler

Soruları çözün; her cevaptan sonra doğru mu yanlış mı olduğunu hemen göreceksiniz.

  1. 1Tek basamakta gerçekleşen CaO(k) + CO2(g) → CaCO3(k) tepkimesinin hız bağıntısı (r), tepkime derecesi ve moleküleritesi aşağıdakilerin hangisinde doğru verilmiştir?

  2. 2Mekanizmalı bir tepkimenin basamakları aşağıda verilmiştir: 1. Basamak (Yavaş): HBr(g) + O2(g) → HOOBr(g) 2. Basamak (Hızlı): HOOBr(g) + HBr(g) → 2HOBr(g) 3. Basamak (Hızlı): 2HOBr(g) + 2HBr(g) → 2H2O(g) + 2Br2(g) Bu tepkime ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?

  3. 3Gaz fazında gerçekleşen 2X(g) + Y(g) → 2Z(g) tepkimesinde sabit sıcaklıkta X'in derişimi 2 katına, Y'nin derişimi 3 katına çıkarıldığında tepkime hızı 12 katına çıkmaktadır. Yalnız X'in derişimi 2 katına çıkarıldığında ise hız 4 katına çıktığına göre bu tepkimenin hız sabiti k'nin birimi nedir?

  4. 4Bir kimyasal tepkimenin hız sabiti (k) ile ilgili aşağıda verilen yargılardan hangisi yanlıştır?

  5. 5Aşağıdaki ifadelerin doğru (D) ya da yanlış (Y) olduğunu belirleyiniz.

    • Hız bağıntısına gaz fazındaki maddeler ve sulu çözeltideki iyon veya moleküller yazılırken saf katılar ve saf sıvılar yazılmaz.
    • Mekanizmalı bir tepkimede toplam tepkime hızını ileri aktifleşme enerjisi en küçük olan en hızlı basamak belirler.
    • Önceki basamaklardan birinde oluşup sonraki basamakta harcanan ve net tepkimede yer almayan maddeye ara ürün denir.
    • Birinci dereceden bir kimyasal tepkimenin hız sabiti k'nin birimi 1/s (s⁻¹) şeklindedir.
    • Net tepkime denklemi ile deneysel hız bağıntısı birbiriyle örtüşmeyen bir tepkime tek basamaklı bir tepkimedir.

  6. 6Aşağıdaki kimyasal kinetik kavramlarını uygun açıklamalarla eşleştiriniz.

    Soldan bir öğeye, sonra sağdaki eşine dokunun.

  7. 7Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerleri uygun kavramlarla tamamlayınız.

    1. Çok basamaklı (mekanizmalı) tepkimelerde hız bağıntısı en basamağın girenlerine göre yazılır.
    2. Saf katıların ve saf sıvıların sabit sıcaklıkta sabit kaldığı için hız denkleminde yer almazlar.
    3. Mekanizmalı bir tepkimenin potansiyel enerji grafiğindeki noktası sayısı tepkimenin basamak sayısını verir.
    4. İkinci dereceden bir tepkimede hız sabiti k'nin birimi olarak ifade edilir.
    5. Sabit sıcaklıkta reaktif derişiminin artırılması tepkime hızını artırırken hız sabiti k'yi bırakır.

  8. 8Gaz fazında gerçekleşen 2A(g) + B(g) → C(g) + D(g) tepkimesinin deneysel hız bağıntısı r = k · [A] · [B] olarak ölçülmüştür. Bu tepkimenin mekanizmalı olup olmadığını, tepkime derecesini, moleküleritesini ve yavaş basamağının denklemini gerekçeleriyle açıklayınız.

Kısaca

  • Hız Bağıntısı Yazımı: Hız denklemine gazlar (g) ve sulu çözeltiler (suda) yazılır; saf katılar (k) ve saf sıvılar (s) yazılmaz.
  • Derece ve Molekülerite: Tepkime derecesi deneysel hız denklemindeki derişim üsleri toplamıdır; molekülerite ise net tepkimedeki giren katsayıları toplamıdır.
  • Mekanizmalı Tepkimeler: Çok basamaklı tepkimelerde hız bağıntısı aktifleşme enerjisi (Eai) en büyük olan en yavaş basamağın girenlerine göre yazılır.
  • Ara Ürün ve Katalizör: Bir basamakta oluşup diğerinde harcanan madde ara ürün; bir basamağa girip diğerinden değişmeden çıkan madde katalizördür.
  • Hız Sabiti (k): Sıcaklık, katalizör, temas yüzeyi ve madde cinsine bağlıdır; derişime bağlı değildir ve birimi (L/mol)n-1 · (1/s) ile bulunur.

Bu dersin öteki kaynakları