Tepkime Hızları: Çarpışma Teorisi ve Hız Kavramı

Konu Özeti

Kimyasal tepkimelerin gerçekleşebilmesi için tanecikler birbiriyle çarpışmalıdır. Ancak her çarpışma ürün oluşturmaz; yalnızca yeterli enerjiye ve uygun doğrultuya sahip çarpışmalar tepkimeyi başlatır. Bu bölümde çarpışma teorisini ve tepkime hızının nasıl ölçüldüğünü öğreneceksin. AYT'de bu iki kavram hız-zaman ve derişim-zaman grafikleriyle birlikte sık sorulur.

Temel Kavramlar

Etkin (verimli) çarpışma, ürün oluşturan çarpışmadır. Bunun için iki koşul birlikte sağlanmalıdır:

• Taneciklerin yeterli kinetik enerjiye sahip olması (en az aktivasyon enerjisi kadar enerji)
• Taneciklerin uygun doğrultuda (doğru geometride) çarpışması

Aktivasyon enerjisi (Ea), tepkimenin başlaması için gereken minimum enerjidir. Çarpışma sırasında kısa ömürlü, kararsız ve yüksek enerjili aktifleşmiş kompleks oluşur. Bu kompleks ürünlere ya da tekrar girenlere dönüşebilir.

• Ea küçükse etkin çarpışma oranı artar ve tepkime hızlanır.
• Ea büyükse etkin çarpışma oranı azalır ve tepkime yavaşlar.
• Toplam çarpışma sayısı artsa bile etkin çarpışma oranı değişmeyebilir; bu durumda hız artmaz.
• Sıcaklık artışı hem çarpışma sayısını hem de enerjili tanecik oranını artırır; asıl etkisi enerjili tanecik oranındandır.

Tepkime hızı, birim zamanda girenlerin derişimindeki azalma ya da ürünlerin derişimindeki artış miktarıdır. Birimi genellikle mol/L·s (M/s) şeklindedir.

Ortalama hız = −Δ[girenler] / Δt = Δ[ürün] / Δt

aA + bB → cC + dD tepkimesinde hızlar katsayılara bölünerek eşitlenir. Bu ortak değer tepkime hızıdır:

Tepkime hızı = −(1/a)·Δ[A]/Δt = −(1/b)·Δ[B]/Δt = (1/c)·Δ[C]/Δt = (1/d)·Δ[D]/Δt

Tepkime ilerledikçe girenlerin derişimi azaldığı için hız genellikle zamanla düşer. Ortalama hız bir zaman aralığını, anlık hız ise belirli bir andaki hızı ifade eder. Anlık hız, derişim-zaman grafiğinin o noktadaki eğimiyle bulunur.

Katsayı kuralı: Katsayısı büyük olan madde, derişimini daha hızlı değiştirir. Hız ile madde değişimi arasındaki oran katsayılara göre belirlenir.