Kimyasal Kinetik

Tepkime Hızı

• Tepkime hızı: Birim zamanda derişim değişimi: aA + bB → cC için hız = −(1/a)Δ[A]/Δt = (1/c)Δ[C]/Δt. Hız birimi mol/L·s.
• Hız ölçme yolları: Renk değişimi (kolorimetri), gaz hacmi veya basınç değişimi, iletkenlik, pH, kütle değişimi.
• Ortalama hız ve anlık hız (derişim-zaman grafiğindeki teğetin eğimi). Tepkime ilerledikçe girenlerin derişimi azaldığı için hız genellikle azalır.

Hız Yasası

• Hız = k[A]ᵐ[B]ⁿ; m ve n tepkime mertebeleridir ve deneysel olarak belirlenir (denklem katsayılarından değil; yalnız temel/basit tepkimelerde katsayılara eşittir). Toplam mertebe m + n.
• Hız sabiti k: Sıcaklığa ve katalizöre bağlıdır, derişime bağlı değildir. Birimi mertebeye göre değişir.
• Başlangıç hızları yöntemi: Bir girenin derişimi değiştirilirken diğerleri sabit tutularak mertebe bulunur (derişim 2 katına çıkınca hız 4 katına çıkıyorsa mertebe 2).
• Hız yasasının integral biçimleri:
  • Sıfırıncı mertebe: [A] = [A]₀ − kt; [A]-t grafiği doğrusal; yarılanma süresi t₁/₂ = [A]₀/(2k).
  • Birinci mertebe: ln[A] = ln[A]₀ − kt; ln[A]-t doğrusal; t₁/₂ = 0,693/k (derişimden bağımsız; radyoaktif bozunma).
  • İkinci mertebe: 1/[A] = 1/[A]₀ + kt; 1/[A]-t doğrusal; t₁/₂ = 1/(k[A]₀).

Tepkime Mekanizmaları

• Çok basamaklı tepkimelerde her basamak bir temel (elementer) tepkimedir; temel tepkimelerin hız yasası katsayılardan yazılabilir. Molekülerite: Temel tepkimeye katılan tanecik sayısı (tek, iki, nadiren üç moleküllü).
• Hız belirleyen basamak: Mekanizmanın en yavaş basamağıdır; toplam tepkime hızını belirler.
• Ara ürün: Bir basamakta oluşup sonraki basamakta harcanan tür (net denklemde görünmez). Katalizör: Başta harcanıp sonda yeniden oluşan tür.

Çarpışma Kuramı ve Aktifleşmiş Kompleks

• Tepkime için tanecikler yeterli enerjiyle (aktifleşme enerjisi, E_a) ve uygun geometride (doğru yönelimle) çarpışmalıdır (etkin çarpışma).
• Geçiş hâli (aktifleşmiş kompleks) kuramı: Potansiyel enerji diyagramında en yüksek noktadaki kararsız yapı. İleri tepkimenin aktifleşme enerjisi E_a,ileri; ΔH = E_a,ileri − E_a,geri.
• Maxwell-Boltzmann dağılımı: Sıcaklık artınca eşik enerjisini aşan tanecik kesri artar; hız belirgin şekilde yükselir.

Hıza Etki Eden Faktörler

• Madde cinsi: Zıt yüklü iyonlar arası tepkimeler hızlı, çok sayıda bağın kırıldığı tepkimeler yavaştır.
• Derişim (gazlarda basınç): Artınca çarpışma sayısı artar.
• Sıcaklık: Artınca hem çarpışma sayısı hem etkin çarpışma kesri artar. Arrhenius denklemi: k = A·e^(−E_a/RT); ln(k₂/k₁) = (E_a/R)(1/T₁ − 1/T₂). Genel kural olarak oda sıcaklığı civarında 10 °C artış hızı yaklaşık 2 kat artırabilir.
• Temas yüzeyi: Toz hâlindeki katı daha hızlı tepkimeye girer (un fabrikası patlamaları).
• Katalizör: Alternatif, daha düşük aktifleşme enerjili bir yol sağlar; ileri ve geri tepkimeyi eşit oranda hızlandırır; ΔH'yi, dengeyi ve K'yi değiştirmez. Homojen (girenlerle aynı faz) ve heterojen (farklı faz; katı yüzey katalizi: otomobil konvertörlerinde Pt/Pd/Rh, Haber yönteminde Fe) kataliz; enzimler biyolojik katalizördür. İnhibitör hızı azaltır.