İçeriğe geç

11. sınıf · Kimya · 12. hafta (7-11 Aralık 2026)

Deneysel Veriler Yardımıyla Tepkime Hız Denkleminin (Hız Bağıntısının), Tepkime Derecesinin ve Hız Sabiti (k) Biriminin Belirlenmesi (KİM.11.1.8)

1. Tema: Etkileşim teması · Konu özeti

🃏 Kavram kartlarıEtkinlikler
Bu hafta

Bir kimyasal tepkimenin hız denklemi (hız bağıntısı), yalnızca net tepkime denklemindeki stokiyometrik katsayılara bakılarak kesin biçimde bilinemez; çünkü tepkimenin tek basamaklı mı yoksa çok basamaklı (mekanizmalı) mı olduğu deneysel verilerle anlaşılır. Sabit sıcaklıkta tepkenlerin başlangıç derişimleri değiştirilerek ölçülen başlangıç hızları tablosu, hız bağıntısını ve hız sabitini (k) belirlemenin en güvenilir bilimsel yoludur.

Deneysel Veri Tablolarından Hız Bağıntısının Bulunması

Gaz fazında veya sulu çözelti ortamında gerçekleşen aX + bY -> Ürünler şeklindeki bir tepkimenin hız bağıntısını deneysel olarak bulmak için başlangıç hızları yöntemi kullanılır. Bu yöntemde sabit sıcaklıkta birkaç deney yapılır; her seferinde tepkenlerden yalnız birinin derişimi değiştirilip diğerlerinin derişimi sabit tutularak başlangıç hızının (r0 veya J0 ) kaç katına çıktığı gözlemlenir.

Diğer tepkenlerin derişimi sabitken bir X maddesinin derişimi 2 katına çıkarıldığında; 1) Tepkime hızı değişmiyorsa (20 = 1), hız X'e bağlı değildir (0. dereceden) ve hız denkleminde [X] yer almaz. 2) Tepkime hızı da 2 katına çıkıyorsa (21 = 2), tepkime X'e göre 1. derecedendir ([X]1 ). 3) Tepkime hızı 4 katına çıkıyorsa (22 = 4), tepkime X'e göre 2. derecedendir ([X]2 ). 4) Tepkime hızı 8 katına çıkıyorsa (23 = 8), X'e göre 3. derecedendir ([X]3 ).

Matematiksel olarak iki deney karşılaştırılırken derişimi sabit olmayan iki değişken varsa oranlama yöntemi kullanılır: r2 r1 = ([X]2 [X]1 )x  · ([Y]2 [Y]1 )y . Buradan bulunan x ve y üsleri ile hız denklemi r = k · [X]x  · [Y]y şeklinde yazılır.

DENEYSEL VERİ TABLOSUNDAN HIZ DENKLEMİ BULMA ÖRNEK DENEY TABLOSU (2NO + Cl₂ -> 2NOCl) Deney | [NO] (M) | [Cl₂] (M) | Başlangıç Hızı (M/s) 1. Deney | 0,10 | 0,10 | 2,0 x 10⁻³ 2. Deney | 0,10 | 0,20 | 4,0 x 10⁻³ 3. Deney | 0,20 | 0,10 | 8,0 x 10⁻³ 1 ve 2: [NO] sabit, [Cl₂] 2 katına -> Hız 2 kat (1. derece) 1 ve 3: [Cl₂] sabit, [NO] 2 katına -> Hız 4 kat (2. derece) DERİŞİM ARTIRIMI VE ÜS (DERECE) İLİŞKİSİ [X] Derişimi k Katına Çıktığında: • Hız değişmiyorsa (k⁰ = 1) -> 0. Derece (Yazılmaz) • Hız k katına çıkıyorsa (k¹) -> 1. Derece: [X]¹ • Hız k² katına çıkıyorsa -> 2. Derece: [X]² • Hız k³ katına çıkıyorsa -> 3. Derece: [X]³ Sonuç: r = k · [NO]² · [Cl₂]¹ (Derece = 3)
🔍 Büyütmek için dokunun

Tepkime Derecesi (Mertebesi) ve Hız Sabiti (k) Hesaplamaları

Deneysel olarak belirlenen r = k · [X]x  · [Y]y hız bağıntısındaki derişim üslerinin toplamına tepkime derecesi (mertebesi) denir: Derece (n) = x + y. Burada x değerine tepkimenin X'e göre derecesi, y değerine ise Y'ye göre derecesi adı verilir. Tepkime derecesi sıfır veya kesirli bir sayı da olabilir.

Hız bağıntısı belirlendikten sonra tablodaki herhangi bir deneyin (örneğin 1. deneyin) derişim ve hız değerleri denklemde yerine yazılarak hız sabitinin (k) sayısal değeri hesaplanır. Aynı sıcaklıkta yapılan tüm deneylerde k hız sabitinin sayısal değeri birbirine eşittir; çünkü k tepkenlerin derişimine bağlı değildir.

Tepkime derecesi n olan bir tepkimede (hız birimi mol/(L·s) yani M/s alındığında) hız sabiti k'nin birimi kısa yoldan k birimi = (Lmol)n-1  · 1s veya M1-n  · s-1 formülüyle bulunur. Buna göre; 1. dereceden (n = 1) tepkimede k birimi 1/s (s-1 ); 2. dereceden (n = 2) tepkimede L/(mol·s); 3. dereceden (n = 3) tepkimede ise L2 /(mol2 ·s) olur.

TEPKİME DERECESİNE GÖRE HIZ SABİTİ (k) BİRİMLERİ 1. DERECE (n = 1) Örnek: r = k · [X]¹ k birimi: 1/s = s⁻¹ (L/mol)¹⁻¹ · (1/s) = 1/s Hız derişimle doğru orantılıdır. 2. DERECE (n = 2) Örnek: r = k · [X] · [Y] veya k · [X]² k birimi: L / (mol · s) = M⁻¹·s⁻¹ (L/mol)²⁻¹ · (1/s) = L/(mol·s) Hacim yarıya inerse hız 4 katına çıkar. 3. DERECE (n = 3) Örnek: r = k · [X]² · [Y]¹ k birimi: L² / (mol² · s) = M⁻²·s⁻¹ (L/mol)³⁻¹ · (1/s) = L²/(mol²·s) Hacim yarıya inerse hız 8 katına çıkar.
🔍 Büyütmek için dokunun

Hız Denklemine Dayalı Tahminler ve Kap Hacmi Değişimi

Deneysel verilerle hız denklemi (r = k · [A]a  · [B]b ) ve hız sabiti (k) bulunduktan sonra, tabloda yer almayan farklı başlangıç derişimlerinde tepkimenin hangi hızla başlayacağı bilimsel olarak tahmin edilebilir. Örneğin r = k · [A]2  · [B] bağıntısına sahip bir tepkimede A'nın derişimi 3 katına çıkarılıp B'nin derişimi yarıya indirilirse, yeni hız başlangıç hızının 32  · (12) = 92 = 4,5 katı olur.

Gaz fazında gerçekleşen tepkimelerde sabit sıcaklıkta kap hacmi (V) değiştirildiğinde, molarite bağıntısı (M = nV) gereğince kaptaki bütün gazların molar derişimi hacimle ters orantılı olarak değişir.

Örneğin n. dereceden gaz fazındaki bir tepkimede kap hacmi yarıya düşürülürse (V2), tüm gazların derişimi 2 katına çıkar ve tepkime hızı 2n katına yükselir; kap hacmi 3 katına çıkarılırsa (3V), tüm gazların derişimi 13'üne düşer ve tepkime hızı (13)n değerine iner.

HIZ DENKLEMİ İLE TAHMİN VE KAP HACMİ ETKİSİ DERİŞİM DEĞİŞİMİ TAHMİNİ Bağıntı: r = k · [X]² · [Y]¹ • [X] 2 katına, [Y] 3 katına çıkarsa: r_yeni = (2)² · (3)¹ · r = 12 · r (12 katına çıkar) • Sabit sıcaklıkta k hız sabiti değişmez! GAZLARDA KAP HACMİ (M = n / V) Bağıntı: r = k · [X]² · [Y]¹ (Derece n = 3) • Kap hacmi yarıya (V/2) indirilirse: [X] -> 2[X] ve [Y] -> 2[Y] olur. r_yeni = (2)² · (2)¹ · r = 8 · r (8 katına çıkar)
🔍 Büyütmek için dokunun

Örnekler

  1. Örnek 1Sabit sıcaklıkta gerçekleşen 2X(g) + Y(g) -> Z(g) tepkimesi için 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]=0,4 M iken r = 3,2·10-3 M/s ölçülmüştür. Tepkimenin hız bağıntısını ve derecesini bulunuz.

    Cevabı göster

    1 ve 2. deneylerde [Y]=0,2 M sabitken [X] derişimi 2 katına çıktığında hız 4·10^-4'ten 8·10^-4'e (2 katına) çıkmıştır; tepkime X'e göre 1. derecedendir. 2 ve 3. deneylerde [X]=0,2 M sabitken [Y] derişimi 0,2 M'dan 0,4 M'a (2 katına) çıktığında hız 8·10^-4'ten 32·10^-4'e (4 katına = 2^2) çıkmıştır; tepkime Y'ye göre 2. derecedendir. Hız bağıntısı r = k · [X] · [Y]^2 ve tepkime derecesi 1 + 2 = 3'tür.

  2. Örnek 2Bir önceki soruda hız bağıntısı r = k · [X] · [Y]2 olarak bulunan tepkimenin hız sabiti (k) değerini ve birimini hesaplayınız.

    Cevabı göster

    1. deney verileri hız bağıntısında yerine yazılırsa: 4·10^-4 = k · (0,1) · (0,2)^2 -> 4·10^-4 = k · 0,1 · 0,04 -> 4·10^-4 = k · 4·10^-3 -> k = 0,1 bulunur. Tepkime derecesi n = 3 olduğu için k'nin birimi (L/mol)^(3-1) · (1/s) = L^2 / (mol^2 · s) olur.

  3. Örnek 3Gaz fazında gerçekleşen ve deneysel hız bağıntısı r = k · [A]2  · [B] olan bir tepkimede sabit sıcaklıkta kabın hacmi yarıya düşürülürse tepkime hızı ve k hız sabiti nasıl değişir?

    Cevabı göster

    Sabit sıcaklıkta kabın hacmi yarıya (V/2) düşürülürse M = n/V bağıntısına göre hem A hem de B gazının molar derişimi 2 katına çıkar. Hız bağıntısında yerine yazılırsa r' = k · (2[A])^2 · (2[B]) = 4 · 2 · r = 8r olur; yani tepkime hızı 8 katına çıkar. Sıcaklık sabit olduğu için k hız sabiti değişmez.

  4. Örnek 4Sabit sıcaklıkta A(g) + 2B(g) + C(g) -> Ürünler tepkimesinde: [B] ve [C] sabitken [A] 3 katına çıkarıldığında hız 3 katına çıkıyor; [A] ve [C] sabitken [B] 2 katına çıkarıldığında hız 4 katına çıkıyor; [A] ve [B] sabitken [C] 4 katına çıkarıldığında hız değişmiyor. Bu tepkimenin hız denklemini yazarak mekanizmalı olup olmadığını açıklayınız.

    Cevabı göster

    Verilere göre hız A ile 1. dereceden, B ile 2. dereceden orantılıdır; C derişimi hızı etkilemediği için (0. derece) hız denkleminde yer almaz. Hız bağıntısı r = k · [A] · [B]^2 şeklindedir. Bu bağıntı net tepkime denklemindeki C maddesini içermediği için tepkime çok basamaklıdır (mekanizmalıdır).

  5. Örnek 5Hız sabiti (k) birimi L3 / (mol3  · s) olan homojen gaz fazındaki tek basamaklı bir tepkimenin derecesi kaçtır ve kabın hacmi 2 katına çıkarılırsa hız nasıl değişir?

    Cevabı göster

    k birimi (L/mol)^(n-1) · (1/s) formülüyle bulunduğundan n - 1 = 3 -> n = 4 olur; yani tepkimenin derecesi 4'tür. Kabın hacmi 2 katına çıkarılırsa gazların derişimi yarıya (1/2) düşer; 4. dereceden tepkimede hız (1/2)^4 = 1/16 katına iner.

  6. Örnek 6Hız denklemi r = k · [X]2 ve hız sabiti k = 0,5 L/(mol·s) olan bir tepkimede X'in başlangıç derişimi 0,4 mol/L alındığında başlangıç hızı kaç mol/(L·s) olur?

    Cevabı göster

    Verilen değerler r = k · [X]^2 bağıntısında yerine konulursa: r = 0,5 · (0,4)^2 = 0,5 · 0,16 = 0,08 mol/(L·s) (yani 8·10^-2 M/s) olarak tahmin 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. 1Sabit sıcaklıkta gerçekleşen 2A(g) + B(g) -> C(g) tepkimesinde; [B] sabit tutulup [A] derişimi 2 katına çıkarıldığında hız 2 katına, [A] sabit tutulup [B] derişimi 3 katına çıkarıldığında ise hız 9 katına çıkmaktadır. Buna göre bu tepkimenin hız denklemi aşağıdakilerden hangisidir?

  2. 2Deneysel hız bağıntısı r = k · [X]2  · [Y]2 olan bir kimyasal tepkimede hız sabiti k'nin birimi aşağıdakilerden hangisidir? (Hız birimi mol/(L·s) alınacaktır.)

  3. 3Sabit sıcaklıkta X(g) + Y(g) -> Z(g) tepkimesi için: 1. Deneyde [X]=0,2 M, [Y]=0,1 M iken r = 2·10-2 M/s; 2. Deneyde [X]=0,4 M, [Y]=0,1 M iken r = 4·10-2 M/s; 3. Deneyde [X]=0,4 M, [Y]=0,3 M iken r = 4·10-2 M/s ölçülmüştür. Buna göre hız sabiti (k) kaçtır?

  4. 4Gaz fazında gerçekleşen ve hız denklemi r = k · [N2 ] · [H2 ]2 olan bir tepkimede sabit sıcaklıkta N2 derişimi 4 katına çıkarılıp H2 derişimi yarıya indirilirse başlangıç hızı nasıl değişir?

  5. 5

    • Bir tepkimenin deneysel hız bağıntısı net tepkime denklemiyle uyuşmuyorsa o tepkime mekanizmalıdır (çok basamaklıdır).
    • Diğer değişkenler sabitken bir tepkenin derişimi 3 katına çıkarıldığında hız 9 katına çıkıyorsa tepkime o maddeye göre 2. derecedendir.
    • Sabit sıcaklıkta tepkenlerin başlangıç derişimi artırıldığında hem tepkime hızı hem de hız sabiti (k) artar.
    • Birinci dereceden (n = 1) bir kimyasal tepkimede hız sabiti k'nin birimi 1/s (s⁻¹) şeklindedir.
    • Bir tepkenin derişimi artırıldığında başlangıç hızı değişmiyorsa o tepkenin hız denklemindeki üssü 2 olarak yazılır.

  6. 6

    Soldan bir öğeye, sonra sağdaki eşine dokunun.

  7. 7

    1. Mekanizmalı bir tepkimede deneysel verilerle bulunan hız denklemi her zaman en basamağa göre yazılır.
    2. Sabit sıcaklıkta [Y] sabitken [X] derişimi 2 katına çıkarıldığında hız 8 katına çıkıyorsa tepkime X'e göre derecedendir.
    3. Hız bağıntısı r = k · [A] · [B] olan ikinci dereceden bir tepkimede k'nin birimi / (mol · s) olur.
    4. Sabit sıcaklıkta tepkenlerin derişimi değiştirildiğinde hız sabiti k'nin sayısal değeri .
    5. Gaz fazındaki ikinci dereceden bir tepkimede kap hacmi yarıya indirilirse tepkime hızı katına çıkar.

  8. 8Bir kimyasal tepkimenin hız denklemini belirlemek için neden yalnızca net tepkime denklemine bakmak yeterli değildir ve deneysel veri tablosu nasıl kullanılır? Açıklayınız.

Kısaca

  • Kimyasal tepkimelerin hız bağıntısı net denklemden değil, sabit sıcaklıktaki deneysel başlangıç derişimi-başlangıç hızı verilerinden belirlenir.
  • Diğer tepkenler sabitken bir maddenin derişimi 2 katına çıkarıldığında hız 1, 2, 4, 8 katına çıkıyorsa o maddeye göre derece sırasıyla 0, 1, 2, 3 olur.
  • Hız bağıntısındaki derişim üslerinin toplamına tepkime derecesi (mertebesi, n) adı verilir.
  • Herhangi bir deneyin verileri hız denkleminde yerine konularak k hız sabitinin sayısal değeri bulunur; birimi (L/mol)^(n-1) · (1/s) formülüyle belirlenir.
  • Sabit sıcaklıkta derişim veya kap hacmi değiştiğinde tepkime hızı hız denklemine göre değişir, ancak k hız sabiti değişmez.

Bu dersin öteki kaynakları