Kimyasal denklemlerden yararlanarak, denklemdeki maddelerin kütlesi, hacmi, mol sayısı ve tanecik sayısı gibi nicelikleri hesaplanabilir. Bütün bu ilişkiler tepkime denklemi üzerine kurulduğundan öncelikle tepkime denkleminin doğru olarak yazılması ve denkleştirilmesi gerekir. Denkleştirilmiş bir tepkime'de maddelerin katsayısı, tepkime'de kullanılan ve oluşan maddelerin mol sayıları ile tanecik sayıları oranını verir. Ayrıca tepkime denklemi katsayıları, gaz halinde olan maddeler için hacimce oranı da ifade eder.
ÖRNEK: olarak aşağıdaki tepkimeyi inceleyelim. (C : 12, H : 1, O : 16, Avogadro sayısı : NA)
CH4(g) + 2O2(g) --> CO2(g) + 2H2O(s)
Mol sayısı : 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol
Tanecik sayısı : NA 2 . NA NA 2 . NA
Kütle (g) : 16 64 44 36
N.K'da hacim (L) : 22,4 2 . 22,4 22,4 – (katı veya sıvı)
ÖRNEK:
Al4C3 ve H2O maddeleri uygun koşullarda reaksiyona girdiklerinde CH4 ve Al(OH)3 bileşikleri oluşmaktadır. 28,8 gram Al4C3 ve yeterince H2O dan normal koşullarda en çok kaç litre CH4 gazının oluşacağını bulmak için şu işlemler yapılır. (Al : 27, C : 12, H : 1, O : 16)
* Önce tepkime yazılır ve denkleştirilir.
1mol 12 mol 4 mol 3 mol
Al4C3 + 12 H2O --> 4 Al(OH)3 + 3 CH4
n Al4C3 = 28,8 / 144 = 0,2 mol
1mol 12 mol 4 mol 3 mol 1 mol Al4C3 den 3 mol CH4 oluşuyorsa
Al4C3 + 12 H2O --> 4 Al(OH)3 + 3 CH4 0,2 mol Al4C3 x mol CH4 oluşur
0,2 mol 0,6 mol 3.0,2 = 1.x x = 0,2 mol
Tepkimeye göre 0,2 mol Al4C3'ten 0,6 mol CH4 gazı oluşur. Bu da 13,44 litre yapar.(NŞA'da)
Artan Maddesi Olan Tepkimeler
Bazı tepkimelerde girenlerin miktarları tam birbirine yetecek kadar değil de gelişi güzel alınabilir. Böyle tepkimeler girenlerden birisi bitinceye kadar devam eder. Bu durumda hesaplamalar tepkimede tamamen kullanılan (sınırlayıcı) maddeye göre yapılır. Aşağıda verilen tepkimeyi ve madde miktarlarını inceleyelim.
ÖRNEK:
2CO(g) + O2(g) --> 2CO2(g) tepkimesi 8 mol CO ve 5 mol O2 ile başlatılmış olsun.
2CO(g) + O2(g) -->2 CO2(g)
Başlangıç : 8 mol 5 mol –
Değişim : –8 mol –4 mol +8 mol
Sonuç : – 1 mol 8 mol
*Sınırlayıcı (biten) bileşen CO' dur.
*Tepkime sonunda toplam mol sayısı 9'dur.
*Harcanan toplam mol sayısı 12'dir.
*Daha fazla ürün için bitenden yani CO' dan eklenmelidir.
Bir kimyasal tepkime'de tepkimeye girenlerden biri diğerlerinden daha önce tükenerek tepkimenin durmasına neden olabilir. İlk olarak biten bu maddeye sınırlayıcı bileşen denir.
ÖRNEK: X2 + 3Y2 --> 2 XY3 tepkimesi 2 mol X2 ve 3 mol Y2 ile başlatıldığında
X2 + 3 Y2 --> 2XY3
Başlangıçta: 2 mol 3 mol –
Değişim : –1 mol –3 mol +2 mol
Sonuç: : 1 mol – 2 mol
Kimyasal Tepkimelerin Verimi
Bir kimyasal tepkime'de tepkimeye giren maddelerden en az birinin tamamen tükenmesi tepkimenin %100 (tam) verimle gerçekleşmesi demektir. Bazı tepkimeler tam verimle gerçekleşmeyebilir. Bu durumda tepkimenin verimi oranında maddenin tepkimeye girmesi sağlanarak işlem yapılır.
ÖRNEK:
Al4C3 + 12H2O --> 4Al(OH)3 + 3CH4 denklemine göre
200 gram Al4C3 ün yeterli miktarda H2O ile tepkimesi sonucu normal koşullarda 33,6 litre CH4 gazı oluştuğuna göre, Al4C3'ün yüzde kaçının tepkimeye girdiğini bulmak için şu işlemler yapılır. (C : 12, Al : 27)
n CH4 = 33,6 / 22,4 = 1,5 mol
Tepkime denklemine göre 1,5 mol CH4 gazının oluşması için 0,5 mol Al4C3 harcanmalıdır. Bu da 0,5 . 144 = 72 gram yapar.
Oran- Orantı kullanılarak 200 gram da 72 varsa 100 gramda 36 bulunur .Verim %36 dır.
Saf Olmayan Madde İçeren Problemler
Kimyasal maddeleri doğada saf olarak bulmak mümkün değildir. Saf olmayan madde kullanılan tepkimelerde elde edilecek ürünün miktarı bulunurken saflık yüzdesinin de dikkate alınması gerekir.
ÖRNEK:56 gram demir örneği yeterli miktarda oksijenle tepkimeye girdiğinde 32 gram Fe2O3 bileşiği oluştuğuna göre, demir örneğinin % kaç saflıkta olduğunu bulmak için şu işlemler yapılır.
(O : 16, Fe : 56)
n Fe2O3 = 32 / 160 = 0,2 mol
2Fe + 3/2O2 --> Fe2O3 tepkime denklemine göre
0,2 mol Fe2O3 oluşması için 0,4 mol Fe harcanması gerekir.
Bu da 0,4 . 56 = 22,4 gram yapar. 56 da 22.4 ise 100 de 40 olacağı için saflık %40 bulunur.
Birbirini İzleyen Tepkimelere İlişkin Problemler
Bazı kimyasal maddeleri sadece bir tepkime sonucunda elde etmek mümkün değildir. Birbirini izleyen iki ya da daha fazla tepkime gerekebilir. Bu durumlarda birinci adımda elde edilen ürün ikinci adımda kullanılır.
ÖRNEK: 2X + 3H2SO4 --> X2(SO4)3 + 3H2 tepkimesine göre 5,4 gram X metalinin yeterince H2SO4 ile tepkimesinden normal koşullarda 6,72 litre H2 gazı oluştuğuna göre, X'in atom kütlesini bulmak için şu işlemler yapılır.
n H2 = 6,72 / 22,4 = 0,3 mol
Tepkime denklemine göre 0,3 mol H2 gazının oluşması için 0,2 mol X harcanır. 0,2 mol 5,4 gram ise 1 mol 27 gramdır.
Kimyasal Tepkimelerden Yararlanarak Atom ve Molekül Kütlelerinin Hesaplanması
Bir kimyasal tepkimede kütlenin ve atom sayılarının korunumuna göre tepkimeye katılan elementlerden birinin ya da daha fazlasının mol kütlesini bulabilmek için öncelikle verilen mol sayısı ve kütlesi bilinmelidir. Verilenler yardımıyla elementin ya da bileşiğin 1 molünün kütlesi hesaplanır.
ÖRNEK: 5C(k) + 2XO2(g) --> CX2 + 4CO(g) tepkimesine göre 24 gram XO2'den 21 gram CO gazı oluşmaktadır. Buna göre, X'in atom kütlesi aşağıdakilerden hangisidir? (C : 12, O : 16)
A) 16 B) 32 C) 64 D) 84 E) 96
ÇÖZÜM: n CO = 21 / 28 = ¾=0,75 mol
5C(k) + 2XO2(g) --> CX2 + 4CO(g) denklemine göre 0,75 mol CO gazının oluşması için 0,375 mol XO2 gazı harcanmalıdır.
0,375 mol XO2 24 gram
1 mol ? ? = 64 XO2 = 64 X + 2 . 16 = 64 X = 32 Yanıt B
Aynı Anda Oluşan Tepkime Problemleri (Karışım Problemleri)
İki veya daha fazla element ya da bileşik içeren bir karışımdaki her maddenin miktarını bulmak için bazı tepkimelere ihtiyaç vardır. Tepkimeye karışımdaki maddelerden yalnız birinin katılması tercih edilirse buna ait tepkime denklemi yazılarak ilgili maddenin miktarı hesaplanır.
ÖRNEK: C3H8 ve He gazlarından oluşan bir karışımı yakmak için 0,5 mol O2 gazı harcandığına göre, normal koşullarda kaç litre CO2 gazının oluşacağını bulmak için şu işlemler yapılır.
He gazı tepkimeye girmez. C3H8 + 5O2 --> 3CO2 + 4H2O tepkime denklemine göre 0,5 mol O2 gazı harcanırken CO2 gazından 0,3 mol oluşur. Bu da 0,3 . 22,4 = 6,72 litre yapar.
Bileşik Formülü Bulma Problemleri
Molekül yapılı bir bileşikteki atomların cinslerini ve sayılarını gösteren formüle molekül formülü, bileşikteki atomların sayıları arasındaki oranı gösteren en sade formüle ise basit (kaba) formül denir. Bir bileşikteki elementlerin kütlece yüzde bileşimleri bilindiği takdirde basit formül bulunabilir.
Molekül formülünü bulabilmek için mol kütlesinin de bilinmesi gerekir. Molekül formülü basit formülün tam katları olup
(Basit formül) . n = Molekül formülü ya da (Basit formülün kütlesi) . n = Mol kütlesi
şeklinde gösterilebilir. Bağıntıda ''n'' tam sayıları ifade eden bir katsayıdır. Bir bileşiğin basit formülünden;
*Atomların türü ve sayıca birleşme oranı belirlenebilir.
*Bileşikte yer alan elementlerin kütlece yüzde bileşimleri hesaplanabilir.
Bir bileşiğin molekül formülünden;
*Atomların türü ve sayıca birleşme oranı belirlenebilir.
*Elementlerin kütlece yüzde bileşimleri hesaplanabilir.
*Bileşiğin mol kütlesi (elementlerin atom kütleleri biliniyorsa) bulunabilir.
ÖRNEK: CXHYO formülüne sahip bir organik bileşiğin 0,1 molü, 0,4 mol oksijen gazı ile tepkime vermektedir. Tepkimede 0,3 mol su ve bir miktar CO2 gazı oluştuğuna göre, bileşiğin formülü
aşağıdakilerden hangisidir?
A) CH2O B) CH4O C) C2H6O D) C3H6O E) C3H8O
ÇÖZÜM: Organik bileşiğin yanma denklemini yazalım.
CXHYO + O2 --> CO2 + H2O
0,1 mol 0,4 mol 0,3 mol
Soruda verilen mol sayılarını 10'la genişleterek denklem katsayısı olarak alınır.
1 CXHYO + 4O2 ---> CO2 + 3H2O
Girenlerde 9 tane O atomu olduğundan CO2'nin katsayısı 3 olarak bulunur. Buradan da bileşiğin formülü C3H6O bulunur. Yanıt D
ÖRNEK: Kapalı bir kapta 8 mol X gazı bulunmaktadır.
Bu gazın %40'ı X(g) -->2Y(g) +3Z(g) tepkimesine
göre ayrışmaktadır. grafikteki X, Y ve Z nin mol sayıları olan I, II ve III sayılarını bulunuz.
ÇÖZÜM:
X(g) -->2Y(g) + 3Z(g
8 0 0
-3,2 +6,4 +9,6
4,8 6,4 9,6
ÖRNEK:
Buna göre, tepkimenin % verimi kaçtır?
A) 20 B) 40 C) 60 D) 80 E) 85
ÇÖZÜM:
4 KO2 + 2H2O --> 4KOH + 3O2
4 4
-4 -2
0 2
%100 verimli 4 mol
X 3,2 mol X= %80 verim
ÖRNEK:
C, H ve O den oluşan organik bir bileşiğin yanması sırasında maddelerin mol sayısındaki değişme grafikteki gibidir.
Buna göre, bileşiğin basit formülü nedir?
x + 4O2 -- > 4CO2 + 4H2O
X in formülü C4H8O4 olur. Basit formül CH2O olur.