Tepkime Hızı

Tepkime hızı, birim zamanda tepkimeye giren maddelerin derişiminin azalması veya ürünlerin derişiminin artması olarak tanımlanır. Fizikte yer değiştirme/zaman formülüne benzer biçimde, kimyada "derişim değişimi / geçen süre" oranı tepkimenin ne kadar hızlı yürüdüğünü belirtir.

Derişim değişimi molarite (mol/L), mol, gram gibi birimlerle; zaman ise saniye, dakika, saat, gün gibi birimlerle ifade edilebilir. Genel sembol v (veya R, TH) kullanılır.

Genel Formül

Girenlerin derişimi zamanla azaldığı için başlarına "−" konur; ürünlerin derişimi arttığı için "+" konur. Bu işaretler fiziksel bir anlam taşır: hız pozitif bir büyüklük olarak ortaya çıksın diye işaret düzeltilmesidir.

Stokiyometrik Katsayının Rolü

Tepkime denklemindeki katsayılar, maddelerin aynı sürede farklı oranda tüketildiği/oluştuğu gerçeğini yansıtır. Genel tepkime:

aA + bB → cC + dD

için tek bir hız değeri tanımlanabilmesi amacıyla her terim kendi katsayısının tersiyle çarpılır:

Hız Eşitliği ve Hız Kıyaslaması

Yukarıdaki ifadeyi kesir olmaktan kurtarmak için her terimi katsayıların OKEK'i ile çarparız. aA + bB → cC + dD için OKEK = a·b·c·d olsa bile genelde küçük katsayılarla sadeleştirilir. Örneğin N₂ + 3H₂ → 2NH₃ için 6 ile genişletirsek:

6·v = 6·(−Δ[N₂]/Δt) = 2·(−Δ[H₂]/Δt) = 3·(+Δ[NH₃]/Δt) — yani 6·vN₂ = 2·vH₂ = 3·vNH₃.

Bu hız eşitliği, hangi madde ne hızla değişiyor sorusunu cevaplar. Katsayısı büyük olan madde daha hızlı harcanır/oluşur; çünkü 1 mol A harcanırken 3 mol H₂ harcanıyor.

Ortalama Hız ve Anlık Hız

Ortalama hız: Belli bir zaman aralığında (t₁ ile t₂ arasında) derişimdeki net değişimi geçen süreye bölerek hesaplanır. vort = Δ[X] / Δt.

Anlık hız: Belirli bir anda tepkimenin hızı. Derişim–zaman grafiğinde o noktaya çizilen teğetin eğimiyle (tan α = karşı/komşu) bulunur. AYT sorularında genelde grafik hazır verilir; anlık hız için hız ile süre arasındaki dik üçgene bakılır.

Tepkime Hızının Zamanla Değişimi

Tepkime ilerledikçe giren maddeler tükendiği için derişim düşer ve tepkime hızı zamanla azalır. Bu nedenle hız–zaman grafikleri genelde azalan eğri şeklindedir ve madde bittiğinde hız sıfıra iner. Ürün–zaman grafiği ise artarak doyuma ulaşan eğri verir.

Sınavda 5 Saniye Hatırlatma — Akronimler

Tepkime hızı ünitesinde sınav sırasında saniyeler içinde hatırlanması gereken kalıp bilgiler vardır. Aşağıdaki akronim tablosu, formüllerin ve sıralamaların hızlıca zihne çağrılmasını sağlar.

Bir tepkimenin gerçekleşebilmesi için moleküllerin birbirine çarpması gerekir. Ancak her çarpışma ürün oluşumuyla sonuçlanmaz. Bu süreci açıklayan model çarpışma teorisidir.

Etkin ve Etkisiz Çarpışma

Bir çarpışmanın ürüne dönüşebilmesi için iki şart gerekir:

• Uygun geometri / oryantasyon: Moleküller doğru açıyla ve bağ oluşmaya uygun biçimde çarpışmalıdır. Rastgele bir çarpışma ürünle sonuçlanmayabilir.
• Yeterli kinetik enerji: Çarpışan tanecikler, eski bağları kırıp yenisini kurabilecek minimum enerjiye sahip olmalıdır. Bu eşik aktivasyon enerjisi olarak adlandırılır.

Her iki şartı sağlayan çarpışmaya etkin çarpışma, sağlamayan çarpışmaya etkisiz çarpışma denir. Tepkime hızı, birim zamandaki etkin çarpışma sayısı ile doğru orantılıdır.

Aktifleşmiş Kompleks

Etkin bir çarpışmada girenler doğrudan ürüne geçmez. Önce, yüksek enerjili, kararsız bir ara yapı olan aktifleşmiş kompleks (geçiş hali) oluşur. Bu yapıda eski bağlar henüz tam kopmamış, yeni bağlar henüz tam oluşmamıştır. Aktifleşmiş kompleks kararsız olduğu için hemen dağılır: ya ileri (ürünlere) ya da geri (girenlere) doğru iner.

Potansiyel Enerji – Tepkime Koordinatı Grafiği

Tepkimenin enerji profili, bir grafikle gösterilir:

• Y ekseni: Potansiyel enerji (veya entalpi)
• X ekseni: Tepkime koordinatı (tepkimenin ilerleyişi)

Girenlerden başlayıp aktifleşmiş kompleksin tepe noktasına çıkar, oradan ürünlere iner.

İleri ve Geri Aktivasyon Enerjisi

Aktivasyon enerjisi her zaman pozitiftir — çünkü tepe her zaman girenlerin ve ürünlerin üstündedir.

ΔH ile Aktivasyon Enerjisi Bağıntısı

• E_ai > E_ag → ΔH > 0 → endotermik (girenler aşağıda, ürünler yukarıda)
• E_ai < E_ag → ΔH < 0 → ekzotermik (ürünler aşağıda, girenler yukarıda)

Örnek 1 — Grafik Yorumu

Bir tepkimenin potansiyel enerji grafiğinde girenler 10 kkal, ürünler 30 kkal, tepe (aktifleşmiş kompleks) 90 kkal enerjiye sahip. Hesaplayın:

• E_ai: 90 − 10 = 80 kkal
• E_ag: 90 − 30 = 60 kkal
• ΔH: 80 − 60 = +20 kkal (ya da 30 − 10 = +20, ürün − giren) → endotermik

Aynı grafiği tersine çevirsek (X + Y → XY yerine XY → X + Y) sayılar yer değiştirir ve ΔH = −20 kkal (ekzotermik) olur; E_ai ve E_ag değerleri de yer değiştirir.

Kararlılık – Sıcaklık Yorumu

Grafikte enerjisi düşük olan taraf termodinamik olarak daha kararlıdır. Ancak sorular sıcaklığı işin içine katabilir:

• Düşük sıcaklıkta: Sistem düşük enerjili tarafa çöker; grafikte aşağıdaki kefe kararlıdır.
• Yüksek sıcaklıkta: Sistem yüksek enerjili tarafa çıkar; grafikte yukarıdaki kefe kararlı hale gelir.

Örnek 2 — Birden Fazla Tepkimenin Hız Karşılaştırması

Üç ayrı tepkimenin E_ai değerleri: (1) 34 kkal, (2) 26 kkal, (3) 64 kkal verilmiş. En hızlı tepkime hangisidir?

Çözüm: Aktivasyon enerjisi en küçük olan tepkime en hızlı yürür. O hâlde sıralama hız bakımından: 2 > 1 > 3. En hızlı tepkime 2. tepkimedir.

Grafiklerin ekzo/endo olmaları hız sıralamasını etkilemez; sadece E_ai büyüklüğü belirleyicidir.

Bir tepkimenin hızı, giren maddelerin derişimlerine nasıl bağlı? İşte bu bağıntı hız yasası (hız bağıntısı) ile ifade edilir.

• k: Hız sabiti (tepkime türüne, sıcaklığa, temas yüzeyine, katalizöre bağlı)
• [A], [B]: Girenlerin molaritesi (M = mol/L)
• m, n: Deneysel olarak bulunan mertebeler (pozitif, negatif, kesirli olabilir)
• Tepkime mertebesi: m + n (toplam)

Hız Bağıntısına Hangi Türler Yazılır?

Stokiyometrik Katsayı vs Mertebe

Bir tepkime tek basamaklı gerçekleşiyorsa, hız ifadesindeki mertebeler stokiyometrik katsayılara eşit kabul edilebilir (temel tepkime varsayımı). Ancak AYT sorularında dikkat edin: Tepkime mekanizmalı ise (net tepkime ile gerçek tepkime farklı) mertebeler yalnız deneyden bulunur.

Hız Sabiti K'nın Birimi

v birimi M/s (mol/L·s). Sağa geçirilen her [X] bir M çarpanıdır. Toplam mertebe n olduğunda:

k = v / ([A]m·[B]n) → birim: M1−(m+n)·s−1

Örnek 3 — Deney Tablosundan Hız Bağıntısı Çıkarma

Sabit sıcaklıkta A(g) + B(g) → ürün tepkimesi için yapılan deneyler:

Çözüm:

1. B'nin mertebesini bul: 1 ve 2. deneyi karşılaştır (A sabit). [B] 2 katına çıkınca hız 2 katına çıkmış → n = 1.
2. A'nın mertebesini bul: 1 ve 3. deneyi karşılaştır (B sabit). [A] 2 katına çıkınca hız 4 katına çıkmış → m = 2.
3. Hız bağıntısı: v = k·[A]²·[B]. Toplam mertebe 3.
4. k değerini bul: 1. deneyi yerine koy: 2·10⁻⁶ = k · (0,01)² · (0,01) = k · 10⁻⁶ → k = 2.
5. k birimi: Mertebe 3 olduğu için M⁻²·s⁻¹ yani L²/(mol²·s).

Sıfırıncı Derece Tepkime

CaCO₃(k) → CaO(k) + CO₂(g) örneğinde tüm girenler katı olduğu için hız bağıntısına yazılabilecek tür yoktur: v = k, mertebe 0'dır. Hız, giren derişiminden bağımsızdır; yalnız sıcaklık ve temas yüzeyine bağlıdır.

Gerçek kimyasal sistemlerin büyük çoğunluğu tek basamakta gerçekleşmez. Tepkime, birbirini takip eden birkaç elementer adımdan oluşan bir mekanizma üzerinden yürür. Potansiyel enerji grafiğinde birden fazla tepe noktası gördüğümüzde, tepkimenin çok basamaklı olduğunu anlarız.

Yavaş Basamak Kuralı

Benzetme: Maraton koşusunu hayal edin. Yarış çok sayıda koşucudan oluşuyor; en son bitiren kişi yarışın toplam süresini belirler. Hızlı koşucular zaten bitirmiştir, onların süresi yarışın uzunluğunu etkilemez. Kimyasal tepkime de aynı: en yavaş basamak bittiğinde tepkime tamamlanır.

Örnek Mekanizma

Varsayalım net tepkime 2A + B → C + D olsun. Mekanizma şu basamaklardan oluşuyor:

• Basamak 1 (yavaş): A + A → A₂     v₁ = k₁·[A]²
• Basamak 2 (hızlı): A₂ + B → C + D

Net tepkimenin hız bağıntısı yalnız basamak 1'e göre yazılır: v = k·[A]². Burada B'nin stokiyometrik katsayısı 1 olmasına rağmen hız bağıntısında görünmez; çünkü yavaş basamakta B yer almaz.

Ara Ürün ve Katalizör Ayrımı

Bu ikisinin ayrımı sınav sorularında sıkça karıştırılır: ara ürün tepkime sırasında geçici olarak var olur; katalizör ise baştan sona değişmeden kalır.

Moleküllerite

Elementer (tek basamaklı) bir tepkimede moleküllerite, basamağa giren tanecik sayısıdır. Hız bağıntısındaki mertebelerin toplamına eşittir:

• Tek molekül → monomoleküler (1. mertebe)
• İki molekül → bimoleküler (2. mertebe)
• Üç molekül → trimoleküler (3. mertebe, nadir)

Moleküllerite yalnız elementer basamaklar için tanımlanır; net tepkime için kullanılmaz.

Örnek 4 — Mekanizma Sorusu

Net tepkime: 2NO + 2H₂ → N₂ + 2H₂O. Deney verileri:

Çözüm: 1→2: [H₂] 2×, hız 2× → H₂'nin mertebesi 1. 1→3: [NO] 2×, hız 4× → NO'nun mertebesi 2.

Hız bağıntısı: v = k·[NO]²·[H₂]. Net tepkimedeki stokiyometrik katsayılar (2 ve 2) ile aynı değil → tepkime mekanizmalıdır, tek basamakta gerçekleşmez.

Giren maddelerin derişimi arttıkça birim hacimdeki tanecik sayısı artar; dolayısıyla birim zamandaki etkin çarpışma sayısı ve tepkime hızı artar. Bu ilişki hız bağıntısı üzerinden nicel biçimde kurulur.

Kap Hacmi ve Derişim İlişkisi

Molarite tanımı: M = n/V. Sabit mol sayısında kap hacmi yarıya indirilirse derişim 2 katına çıkar. Bu artış hız bağıntısı içindeki tüm [A], [B]... değerlerine uygulanır.

Örnek 5 — Hacim Değişimi ile Hız Değişimi

v = k·[A]²·[B] olan tek basamaklı bir tepkime var. Kap hacmi yarıya düşürülürse tepkime hızı nasıl değişir?

Çözüm: [A] ve [B] ikisi de 2 katına çıkar. Yeni hız:

v' = k · (2[A])² · (2[B]) = k · 4[A]² · 2[B] = 8 · k·[A]²·[B] = 8·v

Tepkime hızı 8 katına çıkar. Genel kural: toplam mertebe n ise hacim değişimi derişimi 2 kat artırdığında hız 2n katına çıkar.

Örnek 6 — Tersine Değişim

v = k·[H₂S]²·[O₂]³ bağıntısına sahip tek basamaklı bir tepkimede [H₂S] yarıya indirilip [O₂] 2 katına çıkartılıyor. Hız nasıl değişir?

Çözüm:

v' = k · (1/2 · [H₂S])² · (2[O₂])³ = k · (1/4)·[H₂S]² · 8·[O₂]³ = (8/4) · v = 2·v

Hız 2 katına çıkar.

Ürünün Derişimi Hızı Etkiler mi?

Hayır. Tek yönlü (geri dönüşsüz) bir tepkimede hız bağıntısı yalnız girenlere bağlıdır; ürünlerin derişimi ileri tepkime hızını doğrudan etkilemez. Dengedeki tepkimelerde ise durum farklıdır (bu konu denge ünitesinin kapsamındadır).

Örnek 7 — Yanma Tepkimesi İşlem Sorusu

0,5 mol C₃H₈ gazının yeterli O₂ ile yanması: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O. Tepkime 25 saniyede tamamlanıyor. O₂'nin ortalama harcanma hızı kaç g/s'dir?

Çözüm:

• 0,5 mol C₃H₈ için harcanan O₂: 5 × 0,5 = 2,5 mol
• 2,5 mol O₂ = 2,5 × 32 = 80 g
• Hız = 80 g / 25 s = 3,2 g/s

Birim takibi altın kuraldır: soru g/s istiyorsa mol → g dönüşümü, mol/s istiyorsa dönüşüm yok. Birim yol gösterir.

Heterojen tepkimelerde (katı-gaz, katı-sıvı) tepkime yalnız temas yüzeyinde gerçekleşebilir. Yüzey alanı büyüdükçe birim zamanda çarpışabilecek tanecik sayısı artar ve tepkime hızlanır.

Parçacık Boyutu ve Yüzey Alanı

Bir katının miktarı sabitken parçacık boyutu küçüldükçe toplam yüzey alanı dramatik şekilde büyür. Bir küp şekeri toz haline getirmek iç yüzeyleri dışa açar; kesim her yaptığınızda yeni bir temas yüzeyi ortaya çıkar.

Örnek — Şeker Çözünmesi

Aynı miktarda küp şeker, toz şeker ve pudra şekerin aynı sıcaklıktaki suya atıldığını düşünün:

• Pudra şeker: En hızlı çözünür (en büyük yüzey alanı).
• Toz şeker: Ortalama hızda çözünür.
• Küp şeker: En yavaş çözünür (en küçük yüzey alanı).

Grafik Yorumu

Üç kapta eşit miktar demir (levha, parça, toz) eşit derişimli HCl çözeltisine atılırsa üretilen H₂ gazı hacmi–zaman grafiği şuna benzer:

• Toz: En dik eğri, en kısa sürede plato
• Parça: Orta dik, orta sürede plato
• Levha: En yavaş eğri, en uzun sürede plato

Üçünün de plato yüksekliği aynıdır (eşit miktar H₂ üretilmiştir).

Örnek 8 — Miktar Artırma Sorusu

Bir düzenekte 0,1 mol iri alüminyum parçası, 0,6 mol HCl içeren 200 mL, 3 M çözeltiye atılıyor:

Al + 3HCl → AlCl₃ + (3/2)H₂

Reaksiyon tamamlandığında H₂ hem hızı hem de miktarı artmasını istersek ne yapmalıyız?

Çözüm: Mevcut durumda 0,1 mol Al için 0,3 mol HCl gerekir ve 0,15 mol H₂ oluşur. HCl fazla olduğundan Al tükenmiştir — kısıtlayıcı tepken Al'dır. Miktar artırmak için Al miktarını artırmak gerekir. Hız da artsın istiyorsak Al'yi toz hâle getirmek.

Dolayısıyla doğru strateji: Al miktarını artırıp toz haline getirmek. HCl derişimini değiştirmek yalnız hızı etkiler, miktar değişmez; çünkü HCl zaten fazlaydı.

Heterojen Katalizör ve Yüzey

Platin, nikel, paladyum gibi heterojen katalizörlerin etkinliği de yüzey alanına bağlıdır. Gözenekli yapı ve ince film formunda kullanılmaları bu yüzdendir.

Sıcaklık, tepkime hızını etkileyen en güçlü değişkenlerden biridir. Endotermik ya da ekzotermik olması fark etmez; sıcaklık artışı her iki yönlü tepkimenin de hızını artırır.

Sıcaklık ve Kinetik Enerji

Bir gaz örneğindeki tanecikler aynı kinetik enerjiye sahip değildir; ortalama bir enerji etrafında dağılmış birçok farklı enerjide bulunurlar. Bu dağılıma Maxwell-Boltzmann dağılımı denir.

Sıcaklık artırıldığında:

• Ortalama kinetik enerji yükselir (dağılım eğrisi sağa kayar).
• Pik yüksekliği düşer, eğri genişler.
• Eşik enerjisini aşan tanecik sayısı (eğrinin altındaki, eşik çizgisinin sağındaki alan) artar.

Etkin çarpışma sayısı bu alanla orantılı olduğundan hız artar.

Kinetik Enerji – Tanecik Sayısı Grafiği

Bu grafik, potansiyel enerji–tepkime koordinatı grafiğinden farklıdır:

• X ekseni: Kinetik enerji
• Y ekseni: Tanecik sayısı
• Dikey çizgi: Eşik enerji engeli (aktivasyon enerjisi)
• Eğrinin çizgiyi geçtiği noktadan sonraki alan: Eşik enerjisini aşan (tepkiyebilecek) tanecik sayısı

Sıcaklık K Sabitini Nasıl Etkiler?

Sıcaklık artışı, eşik enerjisini aşağı çekmez; aktivasyon enerjisi aynı kalır. Ancak dağılımdaki tanecikler eşiği daha çok aşar. Bu durum Arrhenius denklemi ile nicelendirilir:

• A: Sıklık faktörü (çarpışma sayısıyla orantılı)
• E_a: Aktivasyon enerjisi (J/mol)
• R: Gaz sabiti (8,314 J/(mol·K))
• T: Mutlak sıcaklık (K)

T yükseldiğinde üsdeki −E_a/(RT) ifadesi (mutlak değerce) küçülür, üs büyür, k artar. Yaklaşık kural: her 10 °C'lik sıcaklık artışı k değerini 2–3 kata çıkarır.

Örnek 9 — Grafik Yorumu

Bir tepkimenin T₁ ve T₂ sıcaklıklarındaki kinetik enerji dağılımı gösteriliyor. Eşik enerji çizgisi dikey olarak verildiğinde T₂ eğrisi çizgiyi T₁ eğrisinden daha yüksekte kesiyor.

Yorum:

• T₂ > T₁ (çünkü T₂'de eşiği aşan tanecik daha fazla)
• T₂'de tepkime hızı, T₁'e göre daha büyük
• Eşik enerjisi (E_a) her iki sıcaklıkta aynıdır (sıcaklık E_a'yı değiştirmez)
• T₂'de k₂ > k₁

Katalizör, tepkimeye girip kimyasal yapısında veya miktarında hiçbir değişikliğe uğramadan aynı halde çıkan türdür. Kendisi tepkimede tüketilmez; tepkimenin başında ne kadar varsa sonunda da o kadardır.

Katalizör Nasıl Çalışır?

Katalizör, tepkimeye alternatif bir yol sunar. Bu alternatif yol daha düşük aktivasyon enerjili basamaklardan oluşur. Tek basamaklı bir tepkimeyi çok basamaklı hale getirebilir; mekanizmayı değiştirir. Potansiyel enerji grafiğinde katalizörlü eğri, katalizörsüze göre daha küçük tepe noktalarına sahiptir.

Katalizörün Etkileri

Pozitif ve Negatif Katalizör (İnhibitör)

• Pozitif katalizör: E_a'yı düşürür, hızı artırır. Sanayide amonyak sentezinde kullanılan demir katalizörü bu türdendir.
• Negatif katalizör (inhibitör): E_a'yı yükseltir veya alternatif bir yolu bloke eder; hızı azaltır. Konserve sanayisinde bozulmayı geciktirmek için kullanılan E-kodları, bazı gıda ek maddeleri inhibitör görevi görür.

Karbonmonoksit — Biyolojik İnhibitör Örneği

CO, kan hemoglobini üzerinde O₂ taşıma tepkimesine negatif katalizör (inhibitör) etkisi yapar. Hemoglobine O₂'den 200 kat daha güçlü bağlanır; sonuç olarak hücrelere O₂ taşınamaz. Tam yanma gerçekleşmeyen sobaların yanında uyumak uyku sırasında karbonmonoksit zehirlenmesine ve sessiz ölüme neden olabilir; CO dedektörü bulundurmak hayati önemdir.

Enzimler — Biyolojik Katalizör

Hücrelerdeki binlerce biyokimyasal tepkime, enzim adı verilen protein katalizörler sayesinde vücut sıcaklığında (37 °C) yeterli hızla yürür. Enzimler yüksek özgüllüğe ve verimliliğe sahiptir; her enzim belirli bir substrat (giren) için çalışır.

Katalizörlü Grafik Yorumu

AYT sorularında "hangi grafik katalizörlü olabilir?" şeklinde çeldirici sorular sorulur. Ölçüt:

• Tepe noktası daha aşağıda olmalı (E_a düşmüş)
• Girenler ve ürünler enerjisi aynı kalmalı (ΔH korunmalı)
• Tek basamak çok basamağa dönüşebilir (yeni ara ürünler)

Girenlerin ya da ürünlerin yüksekliğini değiştiren grafik katalizör eklenmiş olamaz — o ancak ΔH değişmiş demektir, başka bir tepkime çizilmiş olur.

Tepkimenin türü ve ilgili bağların yapısı, hızı doğrudan etkiler. Bazı tepkime tipleri doğası gereği hızlı, bazıları yavaştır.

İyonik vs Moleküler Tepkimeler

Sulu çözeltide iyonlar arasında gerçekleşen tepkimeler, molekül–molekül (kovalent bağ parçalanması gerektiren) tepkimelerden çok daha hızlıdır. Çünkü iyonlar zıt yükte ise Coulomb kuvvetleri tanecikleri hızla bir araya getirir; kovalent tepkimede ise önce bağ kırmak için yüksek enerji gerekir.

Hız Sıralaması

Yanma Tepkimelerinde Özel Durum

Ametallerin yanması, metallerin yanmasına göre genelde daha hızlıdır. Metal yüzeyindeki oksit tabakası oksitlenmeyi yavaşlatır. Bir karbon bileşiğinin yanması, içinde kaç bağ parçalanacağıyla orantılı süre alır: metanın (CH₄) yanması, oktan'ın (C₈H₁₈) yanmasına göre hızlıdır.

Örnek 10 — Hız Sıralaması

Aşağıdaki üç tepkimenin standart koşullarda hız sıralaması nedir?

1. K⁺(suda) + Na⁺(suda) (aynı yüklü iyonlar)
2. Na⁺(suda) + Cl⁻(suda) (zıt yüklü, yük = 1)
3. Mg²⁺(suda) + SO₄²⁻(suda) (zıt yüklü, yük = 2)

Çözüm: 3 > 2 > 1. Üçüncü tepkime en hızlıdır (yük büyüklüğü yüksek zıt iyon); ikinci tepkime zıt iyon olduğu için birinciden hızlıdır; birinci tepkime aynı yüklü iyonlar içerdiği için en yavaştır.

Bağ Sayısı ve Yanma Hızı

Kısa zincirli bir alkan (metan, etan) ile uzun zincirli bir alkan (oktan, dodekan) yanması aynı aktivasyon enerjisi kategorisinde değildir. Uzun zincirde kırılacak çok sayıda C−C ve C−H bağı vardır; yanma hızı daha düşüktür. Pratik sonuç: benzin karışımları (C₅–C₁₂) dizelden (C₁₂–C₂₀) daha hızlı tutuşur ve yanar.

Tepkime hızı doğrudan ölçülmez; tepkime sırasında değişen bir fiziksel büyüklüğün zamanla değişimi izlenerek dolaylı hesaplanır.

Hızın İzlenebileceği Büyüklükler

• Renk: Renkli türün renksiz türe (veya tersi) dönüşmesi. Örn: Br₂ (kahverengi) + H₂ → HBr (renksiz) — rengin kaybolma süresi hızla orantılı.
• Elektrik iletkenliği: NaCl katı elektrik iletmez; suda çözüldüğünde iyonlar ayrışır, iletkenlik artar. Artış süresi ölçülür.
• pH: Asit + metal tepkimesinde H⁺ harcandıkça pH artar. pH–zaman eğrisi hız bilgisi verir.
• Isı: Ekzotermik tepkimelerde kabın sıcaklığı zamanla yükselir (kalorimetri).
• Basınç: Sabit hacimli kapta, gaz mol sayısı değişiyorsa basınç da değişir.
• Hacim: Sabit basınçlı kapta (hareketli pistonlu), gaz mol sayısı değişirse hacim değişir.
• Kütle: Gaz çıkışı olan tepkimelerde kabın kütlesi azalır. Terazide ölçülür.

Basınç ve Hacim Ölçümünde Kritik Kural

Kap Türü Önemlidir

Tuzak Soru — Sabit Sıcaklık Belirtilmeyen Yanma

Bir yanma tepkimesi düşünelim: C(k) + O₂(g) → CO₂(g). Katılar basınca etkimediğinden yalnız gazlar incelenir. Girenler: 1 mol O₂. Ürünler: 1 mol CO₂. Gaz mol sayısı eşit.

İki farklı senaryo:

• "Sabit sıcaklıkta" denirse: Sıcaklık sabit, mol eşit → PV = nRT'den ne P ne V değişmez. Bu tepkime basınç/hacim değişiminden ölçülemez. Başka bir büyüklük (renk, iletkenlik) izlenmelidir.
• Sabit sıcaklık belirtilmezse: Yanma ekzotermiktir, açığa çıkan ısı kabın sıcaklığını yükseltir. Sabit hacimli bir kapta PV = nRT gereği P artar. Dolayısıyla tepkime basınç artışından izlenebilir. Hareketli pistonlu bir kapta ise P sabit kalır ama sıcaklık artışı V'yi artırır → hacim değişiminden izlenebilir.

Örnek 11 — Yanmayan İşlemler

H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)  ΔH = −184 kJ. Sabit hacimli yalıtılmış kapta:

• Girenlerde 2 mol gaz, ürünlerde 2 mol gaz. Mol sayısı değişmez.
• Ekzotermik; sistem yalıtılmış (dış ısı alışverişi yok) → iç sıcaklık artar.
• Sabit hacim + artan sıcaklık → basınç artar (PV = nRT).
• Kütle korunur, hacim sabit → yoğunluk sabit.

Bu tepkimenin hızı basınç artışından izlenebilir, ancak yalıtılmış olmayan (ısı dışarıya çıkabilen) bir kapta bu ölçüm geçerli olmaz.

Ürün Birikmesi ve Renk Solması

Kolay örnek: iyot (I₂, mor renk) + tiyosülfat (renksiz) → iyodür (renksiz). İyotun mor rengi tepkime ilerledikçe solar. Renk yoğunluğu zamanla azalır; spektrofotometrede absorbans ölçülerek hız hesaplanır.

Örnek 12 — Hız Bağıntısı ve Hacim Değişimi

Bir tepkimenin hız bağıntısı v = k·[A]²·[B]'dir. Kap hacmi dörtte birine indirilirse tepkime hızı kaç katına çıkar?

Çözüm: Hacim 1/4'e inince derişim 4 katına çıkar.

v' = k · (4[A])² · (4[B]) = k · 16[A]² · 4[B] = 64 · k·[A]²·[B] = 64·v

Hız 64 katına çıkar.

Örnek 13 — Mertebeden Geri Okuma

Sabit sıcaklıkta X(g) + Y(g) → ürün tepkimesinde, kap hacmi yarıya düşürülürse tepkime hızı 32 katına çıkıyor. Ayrıca [X] 2 katına çıkartılıp [Y] sabit tutulursa hız 8 katına çıkıyor. Hız bağıntısını yazın.

Çözüm:

• [X] 2× iken hız 8×: 2^m = 8 → m = 3
• Hacim 1/2 iken [X] ve [Y] her ikisi 2× olur → hız = 2^m+n = 2³⁺ⁿ = 32
• 2³⁺ⁿ = 2⁵ → 3 + n = 5 → n = 2

Bağıntı: v = k·[X]³·[Y]². Toplam mertebe 5.

Örnek 14 — Aktivasyon Enerjisi ve Hız Karşılaştırması

Üç tepkimenin potansiyel enerji grafikleri verildi. Girenler ve ürünler enerjileri:

Tepkime türleri (ürün ve giren PE değerlerine göre): 1 → endotermik (ürün 40 > giren 10), 2 → ekzotermik (ürün 30 < giren 56), 3 → endotermik (ürün 30 > giren 16). Hız sıralaması aktivasyon enerjisinin küçüklüğüne göredir:

Sıralama: v₂ > v₃ > v₁. Ekzo/endo fark etmez; yalnız E_ai belirleyicidir.

Örnek 15 — Katalizör Tuzağı

Bir ekzotermik tepkimenin potansiyel enerji grafiğinde girenler 22 kJ, ürünler 4 kJ, tepe 46 kJ. Katalizör eklendiğinde bu grafiklerden hangisi elde edilemez?

A) Tek tepe, tepe yüksekliği 30 kJ, giren ve ürün aynı   B) Tek tepe, tepe 40 kJ, giren ve ürün aynı   C) İki tepe, tepeler 28 ve 24 kJ, giren ve ürün aynı   D) Tek tepe, tepe 36 kJ, giren ve ürün aynı   E) Tek tepe, tepe 40 kJ, ürün 14 kJ'ye yükselmiş

Çözüm: Katalizör tepeyi indirir ama giren ve ürün enerjilerini değiştirmez. A, B, C, D seçeneklerinde tepe aşağıda, giren ve ürün korunmuş; hepsi katalizör sonucu olabilir. Ama E'de ürün 4 kJ'den 14 kJ'ye çıkmış → ΔH değişmiş → katalizör olamaz. Cevap: E.

Örnek 16 — Kap Hacmi ve Mekanizmalı Tepkime

Mekanizmalı bir tepkimede yavaş basamak 2I(g) + H₂O₂(g) → 2H₂O(s) + 2I⁻. Ortama saf su eklenirse tepkime hızı nasıl değişir?

Çözüm: Reaksiyon sulu çözeltide gerçekleşiyor. Saf su eklenirse çözelti hacmi artar → [I] ve [H₂O₂] azalır → hız azalır. Katı ve saf sıvı hız bağıntısına yazılmaz kuralı, tepkime ortamının kendisinin değişmediği durum için geçerlidir; ortama su eklenmesi çözünmüş türlerin derişimini oynattığı için hız bundan etkilenir.

Örnek 17 — Üçlü Deney Sorusu

Sabit hacimli kapta gaz fazında X + Y + Z → ürün tepkimesi:

Çözüm:

1. 1 ve 4: [X] ve [Y] sabit, [Z] 2×, hız değişmemiş → Z hız bağıntısına yazılmaz (mertebesi 0 veya Z sıvı/katı/hızlı basamakta).
2. 2 ve 3: [X] ve [Z] sabit, [Y] 2×, hız 2× → Y'nin mertebesi 1.
3. 1 ve 2: [Y] ve [Z] sabit, [X] 1/2, hız 1/4 → X'in mertebesi 2.

Bağıntı: v = k·[X]²·[Y]. Toplam mertebe 3. k değeri 1. deneyden: 8·10⁻⁴ = k · (0,04)² · 0,01 = k · 1,6·10⁻⁵ → k = 50 M⁻²·s⁻¹.

Tepkime hızı ünitesinin AYT'de sorulduğu kalıpları görmek, hangi anahtar ifadenin hangi cevabı çağırdığını fark etmek konuya hâkim olmanın en hızlı yoludur. Aşağıda 12 farklı soru kalıbı, çözüm-yorum tarzında işlenmiştir. Sonda yer alan Hızlı Dizin tablosu sınav öncesi dakikalar için tüm formülleri tek bakışta sunar.

Örnek 1 — Hız İfadesi Yazma (Katsayı Kuralı)

"4NH₃(g) + 5O₂(g) → 4NO(g) + 6H₂O(g) tepkimesi için NH₃'ün tepkime hızı 0,2 mol/L·s ise, H₂O'nun oluşum hızı kaç mol/L·s'dir?"

A) 0,15   B) 0,20   C) 0,30   D) 0,40   E) 0,60

Çözüm: Hız eşitliği: −(1/4)·Δ[NH₃]/Δt = +(1/6)·Δ[H₂O]/Δt. Her terim katsayısının tersiyle çarpılır. (1/4)·0,2 = (1/6)·v_H₂O → v_H₂O = (6/4)·0,2 = 0,30 mol/L·s. Cevap: C. ÖSYM tuzağı: bazı öğrenciler 6/4 yerine doğrudan 6·0,2 = 1,2 yazarak yanılır; katsayı oranını kullanmak şarttır.

Örnek 2 — Mertebe Belirleme (Deney Tablosu)

"A(g) + B(g) → C(g) tepkimesi için: Deney 1'de [A]=0,1 [B]=0,1 hız=2·10⁻³; Deney 2'de [A]=0,2 [B]=0,1 hız=8·10⁻³; Deney 3'te [A]=0,1 [B]=0,2 hız=2·10⁻³. Hız bağıntısı nedir?"

Çözüm: 1↔2: [A] 2× → hız 4× → 2^m=4 → m=2. 1↔3: [B] 2× → hız değişmemiş → 2ⁿ=1 → n=0. Bağıntı: v = k·[A]². Toplam mertebe 2. Önemli not: B'nin mertebesi 0'dır; B hız bağıntısına yazılmaz, derişim değişimi hızı etkilemez. Bu tip "hız değişmemiş" sorularında doğrudan mertebe = 0 sonucuna gidilir.

Örnek 3 — Hız Sabiti k'nın Birimi

"v = k·[X]²·[Y] hız bağıntısında k'nın birimi nedir?"

A) s⁻¹   B) M⁻¹·s⁻¹   C) M⁻²·s⁻¹   D) M·s⁻¹   E) M²·s⁻¹

Çözüm: Toplam mertebe n=3. Genel formül: k'nın birimi = M1−n·s⁻¹. n=3 için M¹⁻³·s⁻¹ = M⁻²·s⁻¹. Cevap: C. Hızlı kural: 1. mertebe → s⁻¹, 2. mertebe → M⁻¹·s⁻¹, 3. mertebe → M⁻²·s⁻¹. Her mertebe artışında M'nin üssü 1 azalır.

Örnek 4 — Katalizör Tuzağı (ΔH Sabit)

"Bir tepkimeye katalizör eklendiğinde aşağıdakilerden hangisi değişmez?"

A) İleri aktivasyon enerjisi (E_ai)   B) Geri aktivasyon enerjisi (E_ag)   C) Hız sabiti (k)   D) Tepkime entalpisi (ΔH)   E) Etkin çarpışma sayısı

Çözüm: Katalizör ΔH'yi değiştirmez. Cevap: D. Katalizör mantra: "Ea↓ K↑ ΔH=" — aktivasyon enerjisi düşer (ileri ve geri aynı miktarda), hız sabiti artar, etkin çarpışma sayısı artar; ama girenler ile ürünler arasındaki potansiyel enerji farkı (ΔH) sabittir, ürün miktarı sabittir, denge sabiti K_c sabittir. Bu, AYT'nin en sık sorduğu kalıptır.

Örnek 5 — Sıcaklık Artışı (Endo/Ekzo Farksız)

"İleri yöndeki tepkimesi ekzotermik olan bir denge tepkimesinde sıcaklık artırıldığında ileri tepkime hızı ve geri tepkime hızı nasıl değişir?"

Çözüm: Sıcaklık artışı her zaman tepkime hızını artırır — endo/ekzo fark etmez. Çünkü Arrhenius (k = A·e^−Ea/RT) gereği T arttıkça k artar; eşik enerjisini aşan tanecik oranı yükselir. Hem ileri hem geri tepkime hızı artar. Ama Le Chatelier ilkesi gereği, ekzotermik ileri tepkimede sıcaklık ↑ → denge geriye kayar. Tuzak ayrımı: "hız" ile "denge konumu" karıştırılmamalı — sıcaklık her iki yönü de hızlandırır, ama dengeyi endotermik yöne kaydırır.

Örnek 6 — Aktivasyon Enerji Diyagramı (İleri/Geri Ea)

"Bir tepkimenin potansiyel enerji grafiğinde girenler 30 kJ, tepe noktası 90 kJ, ürünler 50 kJ'dedir. E_ai, E_ag ve ΔH sırasıyla nedir?"

Çözüm: E_ai = tepe − giren = 90 − 30 = 60 kJ. E_ag = tepe − ürün = 90 − 50 = 40 kJ. ΔH = E_ai − E_ag = 60 − 40 = +20 kJ (endotermik, çünkü ürün > giren). ÖSYM tuzağı: aktivasyon enerjisini "tepe noktasının yüksekliği" sanıp 90 kJ yazmak — yanlıştır, E_a her zaman tepeden ilgili tarafa olan dikey farktır.

Örnek 7 — Temas Yüzeyi (Granül vs Toz)

"Aynı kütlede magnezyum metali (1) granül, (2) toz, (3) tek parça halinde aynı koşullarda HCl(suda) çözeltisine atıldığında tepkime hızı sırası ve oluşan H₂ gazı miktarı nasıldır?"

Çözüm: Hız sırası temas yüzeyi büyüklüğüne göredir: 2 (toz) > 1 (granül) > 3 (tek parça). Ancak oluşan H₂ miktarı üçünde de eşittir — çünkü Mg kütlesi ve HCl miktarı aynıdır; temas yüzeyi yalnız hızı etkiler, ürün miktarını değiştirmez. AYT tuzağı: "toz form daha çok H₂ üretir" sanılır → yanlış. Stokiyometrik miktar girenlerin mol sayısına bağlıdır, yüzey alanına değil.

Örnek 8 — Çarpışma Teorisi (Etkin Çarpışma Şartları)

"Aşağıdakilerden hangisi etkin çarpışma için gerekli değildir?"

A) Eşik enerjisini aşan kinetik enerji   B) Uygun geometri/oryantasyon   C) Taneciklerin birbirine çarpması   D) Aktifleşmiş kompleksin oluşumu   E) Tepkimenin ekzotermik olması

Çözüm: Etkin çarpışma için 3 şart: çarpışma + yeterli enerji + uygun yönelim. Aktifleşmiş kompleks, etkin çarpışma sonucu oluşur. Tepkimenin ekzo/endo olması etkin çarpışmayı etkilemez; ekzotermik tepkimeler de etkin çarpışmayla başlar. Cevap: E. Akronim: EN-YÖ (enerji + yönelim). Tepkimenin enerjetik karakteri çarpışma şartı değildir.

Örnek 9 — Hız Belirleyici Basamak

"Çok basamaklı bir tepkimenin mekanizması: Basamak 1: 2NO → N₂O₂ (hızlı), Basamak 2: N₂O₂ + H₂ → N₂O + H₂O (yavaş), Basamak 3: N₂O + H₂ → N₂ + H₂O (hızlı). Hız ifadesi nedir?"

Çözüm: Çok basamaklı tepkimede hız ifadesi yalnızca en yavaş basamağa göre yazılır. Yavaş basamak: N₂O₂ + H₂ → .... Hız: v = k·[N₂O₂]·[H₂]. Ancak N₂O₂ bir ara üründür; hızlı denge basamağından yerine konur: K = [N₂O₂]/[NO]² → [N₂O₂] = K·[NO]². Yerine yazılınca: v = k·K·[NO]²·[H₂] = k'·[NO]²·[H₂]. ÖSYM kalıbı: en yavaş basamak hız belirleyicidir; ara ürün varsa önceki dengeyle ifade edilir.

Örnek 10 — Maxwell-Boltzmann Eğrisi

"Sıcaklık T₁'den T₂'ye yükseltildiğinde Maxwell-Boltzmann kinetik enerji-tanecik sayısı eğrisinde aşağıdakilerden hangisi gözlenir? (T₂ > T₁)"

A) Eğri sola kayar, daralır   B) Eğri sağa kayar, basıklaşır; eşik enerjisini aşan tanecik sayısı artar   C) Eğrinin altındaki toplam alan değişir   D) Eşik enerjisini aşan tanecik sayısı azalır   E) Eğri tamamen yatar

Çözüm: Sıcaklık ↑ → ortalama kinetik enerji ↑ → eğrinin tepe noktası sağa ve aşağıya kayar (daha basık, daha geniş). Toplam alan (toplam tanecik sayısı) değişmez. Ama eşik enerjisinin sağındaki alan (yüksek enerjili tanecik oranı) belirgin biçimde artar; bu da etkin çarpışma sayısını ve tepkime hızını yükseltir. Cevap: B. Tuzak C: "alan değişir" yanlıştır; tanecik sayısı sabittir.

Örnek 11 — Derişim-Hız İlişkisi (Üs Çıkarma)

"v = k·[A]²·[B] bağıntısı için [A] iki katına, [B] üç katına çıkarılırsa tepkime hızı kaç katına çıkar?"

Çözüm: v' = k·(2[A])²·(3[B]) = k·4·[A]²·3·[B] = 12·k·[A]²·[B] = 12·v. Hız 12 katına çıkar. Genel kural: derişim x katına çıkarılırsa hız x^mertebe katına çıkar; birden fazla maddenin derişimi değişiyorsa katsayılar çarpılır (4 × 3 = 12).

Örnek 12 — Hacim Değişimi (Toplam Mertebe)

"v = k·[A]·[B]² hız bağıntısı olan bir gaz tepkimesinde sabit sıcaklıkta kap hacmi 1/3'üne indirilirse tepkime hızı kaç katına çıkar?"

Çözüm: Hacim 1/3'e iner → derişim 3 katına çıkar (n/V mantığı). Toplam mertebe m+n = 1+2 = 3. v' = 3³·v = 27·v. Hız 27 katına çıkar. Genel formül: v' = x^m+n·v; burada x = derişim katsayısı (V → V/x ise derişim x×). AYT klasik kalıbı.

Hızlı Dizin — Tepkime Hızı Formül ve Kavram Tablosu

Sınav öncesi son 10 dakika için tüm formülleri ve karıştırılan kavramları tek bakışta sunan referans tablosu: