KATALİZ VE KİNETİK
i Termodinamik yasalarının öngörmeye imkân verdiği kimyasal ‘ tepkimeler, çok değişken hızlarda gerçekleşir: bazı tepkimeler, kömür ocaklarındaki «grizu» patlamaları gibi son derece patlayıcı, bazıları I fotoğraf makinelerinin flaş lambalarındaki magnezyumun yanması gibi i çok hızlı, bazıları da son derece yavaş gerçekleşir; mesela besinlerin , pişmesi veya bunların mide özsulannda bulunan doğal tepkenlerin de I etkisiyle sindirilmesi sırasında gerçekleşen tepkimeler çok yavaştır.
Sınat katalizörler.
Bu numuneler, kulanımlanna göre, katalizör parçacıklannın çeşitliliğini göstermektedir.
İÇİNDEKİLER
KİMYASAL KİNETİĞİN AMACI SICAKLIĞIN VE DERIŞIMLERİN ETKÎSÎ TEPKİME BASAMAĞI TEPKİME MEKANİZMALARI BAŞLICA TEMEL TEPKİMELER KATALİZ
KİMYASAL KİNETİĞİN AMACI
Kimyasal tepkimeler her zaman hızlı ve doğrudan değildir. Mesela, sadece odunun havadaki oksijenle tepkimeye girmesinin bir sonucu olan bir kibrit çöpünün yanması, belirli bir süre gerektirir; şöminedeki bir kütüğün yanarak tükenmesi de belirli bir süre alacaktır. Genellikle, yükseltgenme tepkimeleri oldukça yavaştır.
Kimyasal tepkime hızı kavramı
Bazı yükseltgenme tepkimeleri çok hızlı olabilir: bir otomobil silindiri içinde benzin hemen hemen anında yanar; aynı şekilde, iyi havalandırılamayan bir odada havagazmm birikmesi, çok tehlikeli kazalara yol açabilir. Ama, bu iki durumda da, bir patlamaya ihtiyaç vardır; mesela, otomobil silindirine giren benzinin üstünde bulunan hava yeterli değildir: padamamn gerçekleşmesi için, silindirin içine bir bujiyle oluşturulan elektrik kıvılcımının çakılması gerekir.
Herhangi bir dış etki olmadığı sürece yavaş gelişen tek tepkime türü yükseltgenme tepkimesi değildir: alçının kuruması belirli bir süre alır, çimentonun sertleşmesi ise daha da uzun bir zaman gerektirir.
Kimyasal tepkimelerin gerçekleşme hızlarının incelenmesi, sadece pratik açıdan değil, kuramsal nedenlerle de önemlidir. Mesela bir aşçı, hazırlamak istediği yemeğin pişme süresini bilmek zorundadır; aynı şekilde, kimyasal bir ürün üretmek isteyen sanayici, ürünün maliyetini daha iyi hesaplamak ve rekabet edebilecek bir fiyata satılmasını sağlamak için, kullanmayı düşündüğü yöntemin temelindeki çeşitli tepkimelerin süresini bilmek ister.
Kimyasal tepkime sırasında maddenin dönüşüme uğraması atom ölçeğinde, çok karmaşık bir süreçtir; bu sürecin incelenme-
si, kimyasal kinetik uzmanının araştırma konusudı, menin mekanizmasının ayrıntılı olarak incelenmesi hızlı evrelerinin hangileri olduğunun öğrenilmesine : Bir tepkimeyi hızlandırmak için, en yavaş evreyi (tcj tıkanma noktasını oluşturan aşamayı) hızlandırmak na karşılık, bir tepkimeyi (mesela korozyonu) yavaş sürecin evrelerinden birini olabildiğince yavaşlatma.
Bu nedenle, tepkime hızlarını inceleyen kimyasal ayrı amacı vardır: bir kimyasal tepkimenin gerçe için gerekli sürenin makroskopik ölçekte ölçülmesi \ bik ölçekteki tepkime mekanizmalarını saptamak c takım bilgilerin elde edilmesi.
Tepkime hızının tanımlanması
Tepkime hızını incelemek için, bu kavramın ta nımlanması gerekir. Dönüşümü tek bir kimyasal açıklanabilen ve stokiyometri denklemi zamand olan bir sistemde dönüşüm hızı, tepkimenin ilerleme: göre türeviyle tanımlanır: d^/dt.
Tüm bileşenlerin, değeri V olan tüm tepkime hac leşimi özdeş tek bir fazda yer aldıkları durumda, ç anındaki tepkime hızı denen bir hacimsel tepkime hızı bu aşağıdaki bağıntıyla verilir:
hlz = Lxd^ = lx _d«TO = i_x M
V ât V v(B)d t v(B) d;
burada n (B), t anındaki B miktarıdır; [B], B’nin rişimidir ve v (B), B’nin, kimyasal tepkimenin bila mak için seçilmiş ifadedeki stokiyometri katsayısı reği [B]= m(B)/V olduğunu hatırlatalım).
Belli bir tepkimenin, göz önüne alınan B bileşer sun, </[B]/v(B) oranı aynı değere sahip olduğundan katsayıların tanımı gereği, bu hız, bu tepkimeye k gi bir B bileşeninin derişiminin değişiminden yola lenebilir; uygulamada, derişiminin izlenmesi en k şen seçilir.
SICAKLIĞIN VE DERİŞİMLERİN ETKİSİ
Kimyasal tepkimelerin çoğunda hız, sıcaklıkla 1 şenlerin derişimine göre, hızla artar.
Sıcaklığın etkisi. Bir tepkimenin hızını belirleye sında, en azından biri, kimyacı olmayan biri için bil dır: sıcaklık. Nitekim, bir besin maddesinin pişme; nan sıcaklık ne kadar yüksekse o kadar hızlıdır (dü< rin gerçekleştirilmesinde bu ilkeden yola çıkılmışt ması, suyun kaynama sıcaklığını artırır). Bir yum için, 100 °C’de yaklaşık üç dakika gerekir (bu pişim nın pıhtılaşma tepkimesinin söz konusu olduğu sö nebilir). Ama dağcı, atmosfer basıncının vadidekin olduğu yüksek irtifada, suyun daha düşük bir sıcal m ve alakok bir yumurta pişirmek için gerekli sürer duğunu bilir. Kimyasal bir tepkimenin hızı, sıcaklı ğmda iki katına çıkar: bu kural yaklaşıktır, ama çol mmı vardır, isveçli Svante Arrhenius 1889’da dem tepkimelere uygulanabilir üstel bir yasa geliştirdi: denen ve aşağıdaki gibi ifade edilen bir çarpanla o zJL
k= AexpKT,
burada A, her tepkimeye özgü karakteristik fc sıcaklığa bağlı değildir), R ideal gazların mol si etkinleştirme enerjisi veya daha basit olarak eti olan £, tasarlanan tepkimeye bağlı olarak, hemı ile 250 kj • mol~‘ arasında değişen bir değere sa
Bu yasa, gazların kinetik kuramına dayanıl; belli bir bütünün moleküllerinin belli bir değer kinetik enerjisi, sıcaklıkla birlikte üstel olarak tepkimeye girebilen moleküller, etkinleştirme rinden daha yüksek bir enerjiye sahip olanlard kimenin etkinleştirme enerjisinden daha düşül tepkimeye giremez, ama sıcaklığı artırarak b> etkinleştirmek mümkündür; buna, ısıl etkinleşti kinleştirme tipi, tüm kimyasal tepkimeler için ı sela, bir kondansatörün joule etkisiyle gerekli yan deşarj akımı sayesinde, bir fotoğraf makin
154
