Fiziksel ve Kimyasal Değişimler - Kimya Budur - Kimyasal Tepkimeler

Fiziksel ve Kimyasal Değişimler

FİZİKSEL VE KİMYASAL DEĞİŞİMLER

Fiziksel Değişim

Buzun erimesi fiziksel bir olaydır

Maddenin kimlik özelliğinin değişmediği şekil, boyut, fiziksel hal (katı, sıvı, gaz) gibi özelliğinin değiştiği olaylara fiziksel değişim denir.

Bakırın dövülerek levha haline getirilmesi, metallerin elektriği iletmesi, suyun donması veya buharlaşması, kükürtün toz haline getirilmesi gibi olaylar fiziksel değişime örnektir.

Fiziksel değişimler gerçekleşirken zayıf etkileşimler kopar ya da oluşur, bu nedenle fiziksel değişimlerin meydana gelmesi için çok daha düşük enerjiye ihtiyaç vardır. Daha önce belirttiğimiz gibi bu enerji genellikle 40 kj/mol değerinden küçüktür. Aşağıda bazı maddelere ilişkin hal değişimi örnekleri verilmiştir:

  • Parçalanma, kırılma, yırtılma olayları (buğdayın öğütülmesi, camın kırılması, kağıdın yırtılması),
  • hâl değişim olayları (erime, donma, buharlaşma, yoğuşma, süblimleşme, kırağılaşma),
  • tuzun, şekerin suda çözünmesi,
  • elektron hareketiyle iletkenlik (bakır tel gibi metallerin elektriği iletmesi) fiziksel değişim örneklerinden bazılarıdır.

Kimyasal Değişim

Yumurtanın yüksek sıcaklıkta pişmesi kimyasal bi olaydır

Maddenin kimlik özelliğinin değişerek yeni maddellerin oluştuğu olaylara kimyasal değişim denir. Kimyasal değişim maddenin iç yapısının, elektron düzeninin ve bağ yapısının değiştiği olaylardır. Kimyasal olaylarda maddenin hem fiziksel hem de kimyasal özellikleri değişirken formülü de değişir.

Kimyasal özellikler değişirken zayıf ve güçlü etkileşimler kopar ya da oluşur. Böylelikle kimyasal değişimlerde daha fazla enerjiye ihtiyaç duyulur. Kullanılan enerji 40 kj/mol den büyükse olay genellikle kimyasal değişim adını alır. Aşağıdaki tepkimeler kimyasal değişime örnektir:

• oksijenle tepkimesi (paslanma, metallerin kararması, yanma, meyvenin kararması, solunum)
• metallerin asitle tepkimesi
• iyon hareketi ile iletkenlik (çözeltilerin elektriği iletmesi)
• mayalanma olayları (sütten yoğurt eldesi, üzümden sirke eldesi)
• elektroliz (elektrik enerjisi kullanılarak bileşiklerin kendisini oluşturan bileşenlere ayrılması)
• asit-baz tepkimeleri
• küflenme, çürüme, besinlerin ekşimesi
• besinlerin pişirilmesi
• fotosentez
• sindirim

• betonun donması (sertleşmesi)

• yağlı boyanın kuruması

Çökme-çözünme tepkimelerinde çökelek oluşur

gibi olaylar kimyasal değişime örnektir. Kimyasal değişimler tepkime (reaksiyon) denklemi ile ifade edilir. Kimyasal tepkimelerde gaz çıkışı, çökelek oluşumu, renk, koku, iletkenlik, pH, sıcaklık ve enerji değişimi görülebilir. Yanma, nötürleşme, çökme-çözünme, yükseltgenme-indirgenme gibi olaylar kimyasal tepkimelerden bazılarıdır.

Aşağıdaki tabloda fiziksel ve kimyasal değişimlere örnekler verilmiştir.

Olay Fiziksel Kimyasal
Kömürün yanması X
Mumun erimesi X
Tuzun suda çözünmesi X
Gümüş takıların kararması X
Gökkuşağı oluşumu X
Yağdan sabun yapılması X
Dinatimin patlaması X
Havucun rendelenmesi X
Buğdaydan un yapılması X
Üzümden sirke yapılması X
Metal paranın paslanması X
Yağlı boyanın kuruması X
Betonun donması X
Kanın pıhtılaşması X
CO2 gazının suda çözünmesi X

KİMYASAL TEPKİMELER VE DENKLEMLER

 

Kimyasal Tepkimeler

Bir ya da bir kaç maddenin birbiriyle etkileşip yeni özellikte maddeler oluşturması olayına kimyasal tepkime denir. Çoğu zaman, maddeler bir araya getirilip karıştırıldığında tepkime olmaz ve maddeler başlangıçtaki özellik ve bileşimini korurlar. Bir tepkime olduğunu söyleyebilmek için bazı kanıtlara gereksinim vardır. Bunlar;

renk çıkışı,

gaz çıkışı,

berrrak çözeltide çökelek oluşması,

ısı alışverişinin olması gibi olaylardır.

Bazı kimyasal tepkimelerde bu değişimler görülmeyebilir. Bu durumda, yeni bir bileşiğin oluşup oluşmadığını anlamak için yepkime karışımının ayrıntılı olarak incelenmesi gerekir.

Tepkime Denklemlerinin Yazılması ve Denkleştirilmesi

Kimyasal tepkimeler, tepkime denklemi ile yazılarak gösterilir. Tepkimeye giren maddelere reaktif denir ve denklemin sol tarafında gösterilir. Tepkimede oluşan maddelere ürünler denir ve tepkimenin sağ tarafında gösterilir.

Tepkime denkleminde sol tarafa tepkimeye girenlerin sembol ve formülleri; sağ tarafa ise ürünlerin sembol ve formülleri yazılır. Denklemin iki tarafı ok işareti ile birleştirilir. Böylece tepkimeye girenlerin ürünlere dönüştüğü ifade edilmiş olur.

Şekilde tebeşirde bulunan CaCO3’ın HCI çözeltisi ile tepkimesi görülmektedir. Bu tepkimenin denklemini yazalım ve denkleştirelim.

Tebeşirde bulunan CaCO3 ile HCI çözeltisi arasındaki tepkime sonucunda oluşan CO2 gazı su üzerinde toplanıyor.

Tepkime denklemindeki maddelerin fiziksel hâlleri, formüllerinin sağ alt köşesinde parantez içinde belirtilir. Katı (k), sıvı (s), gaz (g) ve sulu çözelti (suda) ya da (aq) ile gösterilir.
Kimyasal tepkimelerin yazıldıktan sonra denkleştirilmesi gerekir. Denkleştirilme en küçük katsayılarla yapılır. Kimyasal tepkimelerde bazı özellikler korunurken bazı özellikler korunmayabilir. Buna göre kimyasal tepkimelerde;

• Atom türü ve sayısı korunur.
• Toplam kütle korunur.
• Toplam elektron sayısı korunur.
• Toplam nükleon sayısı korunur.
• Toplam iyon yükü korunur.
• Toplam mol sayısı, molekül sayısı
korunmayabilir.

Kimyasal değişimlerde, moleküllerdeki bazı bağlar kopar, yerine yeni bağlar oluşur. Bu sırada enerji
alınır ya da verilir. Kimyasal tepkime gerçekleşirken dışarıdan ısı alıyorsa endotermik; dışarıya ısı veriyorsa ekzotermik tepkime olarak adlandırılır:

Kimyasal Tepkimelerin Denkleştirilmesi

Kimyasal değişimlerde toplam atm sayısının ve toplam yükün değişmemesi ilkesinden yararlanılarak, girenler ve ürünlerdeki atom türlerinin, atom sayılarının ve toplam yüklerin eşitlenmesine denklem denkleştirme denir. Atom eşitliğini sağlamak için kullanılan katsayılar maddenin önüne yazılır ve bu katsayılar bileşikteki her bir atomla çarpım durumundadır. Eğer hiç bir katsayı yoksa o maddeden 1 tane var demektir.

  • Kimyasal denklemler denkleştirilirken,
  • Atom sayısı en fazla olan bileşiğin katsayısı genellikle 1 kabul edilir.
  • Denkleştirme yapılırken maddelerin sembol ve formüllerinde değişiklik yapılmaz.
  • İki atomlu elementler (O2, N2, H2…) haricinde katsayılar kesirli olamaz. İki atomlu elementlerin önüne 1/2, 3/2, 5/2… gibi katsayılar getirilebilir.
  • Hidrojen ve oksijen katsayılarının eşitlenmesi sona bırakılmalıdır. Öncelikle az rastlanan atomların sayısı eşitlenmelidir.

Şimdi doğal gazın bileşenlerinden etanın (C2H6) oksijen ile yanarak karbondioksit ve su oluşturduğu tepkimeyi inceleyelim. Önce ifadeyi tepkime denklemi hâlinde yazalım. Denk olmayan tepkime şöyledir:

1. Eşitliğin her iki yanındaki C, H ve O atomlarının sayılarının denk olmadığı görülmektedir. Öncelikle C atomunu denkleştirmek için, CO2 önüne 2 yazılır:

2. H atomlarının denkleştirilmesi için suyun önüne 3 yazılır:

3. C ve H atomlarının denkliği sağlandıktan sonra O atomu denkleştirilir. Eşitliğin sağ tarafında yedi oksijen atomu, sol tarafında ise bir O2 molekülü bulunmaktadır. Bu eşitsizlik, sol taraftaki O2’in önüne 7/2 katsayısı yazılarak giderilir:

4. Denkleştirilmiş tepkimede katsayılar mümkün olan en küçük tam sayılar olmalıdır. Bunun için tüm eşitlik 2 ile çarpılarak 7/2 değeri 7’ye dönüştürülür ve denkleştirilmiş eşitlik aşağıdaki gibi olur:

Bazı durumlarda tepkimelerde gerekli sıcaklık, basınç, katalizör gibi ortam şartları tepkime denkleminde ok üstünde gösterilir.

Örnek – 1 

Yukarıdaki tepkime denklemi denkleştirildiğinde, ürünlerdeki toplam atom sayısı kaç olur?

Çözüm: 

En çok atoma sahip Al2(CO3)3 bileşiğinin katsayısını 1 alarak denkleştirmeye başlayalım. Girenlerdeki Al nin katsayısı 2 olmalıdır.

1 tane Al2(CO3)te 3 tane C olduğundan H2CO3 ün katsayısı 3 olmalıdır. 3 H2CO3 te 6 H olduğundan ürünlerdeki Hnin katsayısı da 3 olmalıdır. Denklemin denkleştirilmiş hali aşağıdaki gibidir.

Örnek – 2 

Aşağıda verilen denkleştirilmiş tepkimede X yerine gelecek maddenin formülü nedir?

Çözüm: 

Denklemdeki yük ve atom sayısı denkliği korunmalıdır.

Tepkimeye girenler                   Tepkimeden çıkanlar
10 mol Cr atomu …………………….  10 mol Cr atomu
–                             …………………….  6 mol Mn atomu
22 mol H atomu …………………….   22 mol H atomu
11 mol O atomu …………………….    35 mol O atomu

Tepkimeye giren maddelerde 6 mol Mn ve 24 mol O atomu eksiktir. Tepkime denkleminde X’in katsayısı 6 olduğundan X’teki atom sayıları 1 mol Mn atomu ve 4 mol O atomu olmalıdır. Tepkimedeki toplam iyon yükünün de korunması gerekir. Buna göre; 10 · (3+) + 6x = 5 · (2–) + 6 · (2+) + 22 · (1+)
eşitliğinden x = 1– olur.
Tepkimede X ile ifade edilen maddenin formülü MnO4– olur.

Tepkime Türleri

Tepkimeler girenlerin ve ürünlerin türlerine göre belirli sınıflara ayrılırlar. Bu sınıflandırma girenlerin tepkime oluşturup oluşturmayacağı ve oluşan ürünlerin türleri hakkında genel bilgi vermesi adına önemlidir.

Bir kimyasal tepkimede giren ve ürünlerin tümü aynı fiziksel halde ise o tepkimeye homojen tepkime adı verilir. Maddelerden en az biri farklı fiziksel halde ise tepkime heterojen tepkime adını alır.

Yanma Tepkimeleri

Bir maddenin oksijenle reaksiyona girerek oluşturduğu tepkimelere yanma tepkimeleri denir. Aşağıdaki tepkimede magnezyum metali oksijenle yanma tepkimesi vererek magnezyum oksit bileşiğini ouşturmuştur.

Diğer bir örnek günlük yaşantımızda kullandığımız doğal gazın önemli bir bileşeni olan metan gazının oksijenle tepkimesi yanma tepkimesidir.

Yanma tepkimesinin gerçekleşebilmesi için;

  • yanıcı madde,
  • oksijen
  • tutuşma sıcaklığı

gereklidir. Bunlardan biri eksik olduğunda yanma olayı gerçekleşmez. . Yanma tepkimeleri, dışarıya ısı verdikleri için aynı zamanda
ekzotermik tepkimelerdir.

Analiz ve Sentez Tepkimeleri

İki veya daha çok saf maddenin tepkimeye girerek bir bileşik oluşturduğu tepkime türlerine sentez (oluşum), bunun tersi olarak bir bileşiğin birden fazla maddeye ayrıştığı tepkimelere analiz (ayrışma) adı verilir.

Azon gazının uygun şartlarda hidrojen gazı ile tepkimesinden amonyak oluşur. Bu tepkime sentez tepkimesidir:

Potasyum klorat bileşiği ısıtıldığında potasyum klorür katısı ve oksijen gazına ayrışır. Bu tepkime analiz tepkimesidir.

Görüldüğü gibi sentez tepkimesinde küçük moleküllerden (N2 ve H2) büyük molekül(NH3) oluşmuştur. Analiz tepkimesinde ise büyük iyonik bileşik (KCIO3)  daha küçük maddelere (KCl ve O2) ayrışmıştır.

Asit-Baz Tepkimeleri


Bir asitle bir bazın tepkime vererek tuz ve su oluşturması olayına nötürleşme tepkimeleri denir.  Hidroklorik asit (HCI) çözeltisine, sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisinin ilave edilmesi ile nötürleşme olayı gerçekleşir. Bu nötürleşme olayının tepkime denklemi aşağıdaki gibidir:

Nötrleşme olayı asitten gelen Hiyonu ile bazdan gelen OH–  iyonunun su molekülünü oluşturmasıdır. Su oluşumunun olmadığı asit baz tepkimelerine nötürleşme tepkimesi diyemeyiz.

Örneğin amonyak ve hidroklorik asitin tepkimesinde su oluşmaz. Dolayısıyla bu tepkime nötürleşme tepkimesi değildir,

Aşağıda bazı asit baz tepkimeleri gösterilmiştir:

Çözünme-Çökelme Tepkimeleri

Reaksiyon sonunda suda çözünmeyen ürün ya da çökelek oluşturan tepkimelerdir . İki farklı tuzun sulu çözeltilerinin karıştırılması sonucunda iki bileşikten birinin katyonunun, diğerinin anyonu ile suda çözünmeyen bir katı oluşturması olayına çözünme-çökelme tepkimesi denir.

Yanda  potasyum iyodür (KI) çözeltisi ile  kurşun(II) nitrat [ Pb(NO3)2(suda) ] çözeltisinin çökme çözünme tepkimesi gösterilmiştir. Tepkime denklemi aşağıdaki gibidir:

KI ve Pb(NO3)çözeltilerinde K+, I, Pb2+, NO3- iyonları bulunur. Bu iyonlardan Pbile I den PbIkatısı oluşumu olayına net iyon denklemi denir. Çökmeyen  Kve NO3- iyonlarına seyirci iyon denir. Buna göre tepkimenin net iyon denklemi şöyledir:

Bazı iyonik bileşiklerin çökelek renkleri.

Aşağıda verilen çözünme ve çökelme tepkime denklemlerine örnekleri inceleyiniz. Çöken madde farklı renkle belirtilmiştir.