Malzeme ve Enerji Denklikleri Ders Notu ( Dr. Atilla EVCİN )

• Stokiyometrik Hesaplamalar;

• Madde Denkliği Hesaplamaları;

• Isı Denkliği;

• Reaksiyon Çeşitleri;

• Termokimyasal Prensiplerin Uygulaması;

• Seçilmiş Proseslerde Madde ve Isı Denklikleri Uygulamaları.

1. Organik Kimya • Temel bilimlerden biri olan kimya, genel • Organik , karbon içeren anlamda madde, maddenin değişimi ve madde- • Organik , karbon içeren maddeler üzerine maddeler üzerine enerji ilişkilerini inceleyen bilim dalıdır. çalışmalardır. çalışmalardır. • Daha özel bir tanım yapılacaksa; “kimya, • Organik Kimya ise karbon • Organik Kimya ise karbon kimyasal reaksiyon denilen madde değişimlerini bileşiklerinin adlandırılması, bileşiklerinin adlandırılması, konu almaktadır”, denilebilir. sentezi, yapı ve sentezi, yapı ve • Şüphesiz hiçbir bilim dalı kesin sınırlar ile fonksiyonları üzerine fonksiyonları üzerine diğerlerinden ayrılamaz. Kimya bilimi içinde de çalışmalardır. çalışmalardır. başta fizik ve matematik olmak üzere diğer bilim • Alkoller, aromatik bileşikler, • Alkoller, aromatik bileşikler, dallarına ait bilgilerin yer alması doğaldır. petrol ve türevleri, doğal petrol ve türevleri, doğal gazlar organik bileşiklerdir. gazlar organik bileşiklerdir.

2. İnorganik Kimya 3. Biyokimya • Biyokimya, bitki, hayvan • Karbon içermeyen ve mikroorganizma • Karbon içermeyen maddeler üzerine biçimindeki bütün maddeler üzerine çalışmalardır. canlıların yapısında yer çalışmalardır. alan kimyasal maddeleri • İnorganik kimya ve canlının yaşamı • İnorganik kimya çalışmaları, karbonsuz boyunca sürüp giden çalışmaları, karbonsuz bileşiklerin kimyasal süreçleri bileşiklerin adlandırılması, yapı, inceleyen bilim dalıdır. adlandırılması, yapı, • Biyoloji ve Kimya fonksiyon ve sentezlerini • Biyoloji ve Kimya fonksiyon ve sentezlerini arasında köprü içerir. arasında köprü içerir. oluşturur. oluşturur. • Seramikler, metaller, • Seramikler, metaller, cam inorganik cam inorganik maddelerdendir. maddelerdendir. 4. Fizikokimya 5. Analitik Kimya • Fizikokimya, kimyanın • Fizikokimya, kimyanın • Analitik kimya, Fizikoyu geçenlerden • Analitik kimya, fiziksel açıklamasıdır. fiziksel açıklamasıdır. biri !! yüksek doğrulukta yüksek doğrulukta • Fiziksel kimya, organik ölçümlere dayalı • Fiziksel kimya, organik ölçümlere dayalı ya da inorganik, yalın ya da inorganik, yalın çalışmalardır. çalışmalardır. ya da karışım ya da karışım • Kimyasalların yapı halindeki kimyasal • Kimyasalların yapı halindeki kimyasal ve bileşimlerinin sistemleri fizik ve bileşimlerinin sistemleri fizik belirlenmesi. yasaları yöntemleriyle belirlenmesi. yasaları yöntemleriyle inceleyen bilim dalıdır. inceleyen bilim dalıdır. • Fizikokimyanın çoğu • Fizikokimyanın çoğu hesaplamaya hesaplamaya dayalıdır. dayalıdır.

SI ölçümleri Ölçümler ve İnceleme Tipleri SI ölçümleri Ölçümler ve İnceleme Tipleri • Le Système international • Le Système international d’unités d’unités • Reaksiyonlardaki incelemeler, • Reaksiyonlardaki incelemeler, • SI birim sistemine resmi olarak • SI birim sistemine resmi olarak fiziksel hali, rengi gibi değişimleri fiziksel hali, rengi gibi değişimleri uyum sağlamamışiki ülke vardı. uyum sağlamamışiki ülke vardı. Liberia (batı Africa) ve Myanmar içeriyorsa bu Kalitatif analizdir. Liberia (batı Africa) ve Myanmar içeriyorsa bu Kalitatif analizdir. (Burma, güneybatı Asia), fakat (Burma, güneybatı Asia), fakat şimdi düzenli olarak metrik • Eğer incelemeler miktarıyla şimdi düzenli olarak metrik • Eğer incelemeler miktarıyla sisteme geçmektedirler. sisteme geçmektedirler. ilgiliyse Kantitatif analizdir. ilgiliyse Kantitatif analizdir. • Metrikleşme bir anda olabilecek • Metrikleşme bir anda olabilecek bir olay değildir. bir olay değildir. • ABD resmi olarak SI birim • ABD resmi olarak SI birim sistemine 1866’da uyum — Ölçümlerde SI birimleri sistemine 1866’da uyum — Ölçümlerde SI birimleri sağlamıştır.-. kullanılır. sağlamıştır.-. kullanılır. Ölçmede Standart Ölçmede Standart Ölçüme Başlama Ölçüme Başlama Bir ölçüm yaptığımızda, standart bir değerle Bir ölçüm yaptığımızda, standart bir değerle Her bir ölçümde bir karşılaştırma yapmak için ölçüm aletlerini Her bir ölçümde bir karşılaştırma yapmak için ölçüm aletlerini kullanırız. kullanırız. ♦Rakam ♦Rakam ♦Birim ♦Birim Rakam ölçümün doğruluğunu göstermelidir. Rakam ölçümün doğruluğunu göstermelidir.

Kütle ve Ağırlık ÖLÇÜM BİRİMLERİ Kütle ve Ağırlık ÖLÇÜM BİRİMLERİ • Kütle: Maddenin Metrik sisteme dayalı olarak SI • Kütle: Maddenin Kütlesi 1 kg olan bir cisim: Metrik sisteme dayalı olarak SI miktarıdır. (gram) birimleri kullanılır miktarıdır. (gram) Güneş’te 247.2 N birimleri kullanılır • Ağırlık: Bir Merkür’de 3.70 N • Ağırlık: Bir Uzunluk Metre , m cisme uygulanan Venüs’te 8.87 N Uzunluk Metre , m cisme uygulanan kütle çekim Dünya’da 9.81 N kütle çekim kuvvetidir. Ay’da 1.62 N Kütle Kilogram, kg kuvvetidir. Kütle Kilogram, kg (Newton N) (Newton N) Mars’ta 3.77 N Hacim Litre, L Jüpiter’de 23.30 N Hacim Litre, L Satürn’de 9.2 N Zaman Uranüs’de 8.69 N Zaman Saniye, s Saniye, s Neptün’de 11 N santigrat derece, ˚C Plüton’da 0.06 N’dur. Sıcaklık santigrat derece, ˚C Sıcaklık kelvin, K kelvin, K Bazı ölçüm aletleri Örnek Bazı ölçüm aletleri Aşağıdakileri Eşleştir L) uzunluk M) kütle V) hacim Eşleştir L) uzunluk M) kütle V) hacim ölçmek için hangi cihazı M ____ A. 4.6 kg domates. ____ A. 4.6 kg domates. kullanırız A. sıcaklık L ____ B. 2.0 m uzunluğundaki adam. ____ B. 2.0 m uzunluğundaki adam. B. hacim M C. zaman ____ C. 0.50 g Aspirin. ____ C. 0.50 g Aspirin. D. ağırlık V ____ D. 1.5 L su. ____ D. 1.5 L su.

Metrik Ön ekler Metrik Ön ekler SI harici • Kilo- birimin 1000 katı demektir • Kilo- birimin 1000 katı demektir A. uzunluk inç, foot, yard, mil – 1 kilometre (km) = 1000 metre (m) A. uzunluk inç, foot, yard, mil – 1 kilometre (km) = 1000 metre (m) • Centi- birimin 1/100 kadarıdır • Centi- birimin 1/100 kadarıdır B. hacim galon B. hacim galon – 1 metre (m) = 100 santimetre (cm) – 1 metre (m) = 100 santimetre (cm) C. ağırlık ons, pound (lb), ton C. ağırlık ons, pound (lb), ton – 1 dolar = 100 cent – 1 dolar = 100 cent • Milli- birimin 1/1000 kadardıır D. sıcaklık °F • Milli- birimin 1/1000 kadardıır D. sıcaklık °F – 1 Litre (L) = 1000 mililitre (mL) – 1 Litre (L) = 1000 mililitre (mL) Metrik Önekler Metrik Önekler Metrik Önekler Metrik Önekler

Uzunluk birimleri Eşitlikler Uzunluk birimleri • ? kilometre (km) = 500 metre (m) • ? kilometre (km) = 500 metre (m) Ölçümün iki farklı birimde yapılması durumunda Ölçümün iki farklı birimde yapılması durumunda • 2.5 metre (m) = ? santimetre (cm) • 2.5 metre (m) = ? santimetre (cm) • 1 santimetre (cm) = ? milimetre (mm) • 1 santimetre (cm) = ? milimetre (mm) uzunluk uzunluk -9 • 1 nanometre (nm) = 1.0 x 10-9 metre • 1 nanometre (nm) = 1.0 x 10 metre 10.0 in. 10.0 in. O—H distance = O—H distance = O—H distance = -11 -11 -11 9.4 x 10 m 9.4 x 10 m 9.4 x 10 m -9 -9 -9 9.4 x 10 cm 9.4 x 10 cm 9.4 x 10 cm 25.4 cm 25.4 cm 0.094 nm 0.094 nm 0.094 nm Dönüşüm Faktörleri Örnek Dönüşüm Faktörleri 1. 1000 m = 1 ___ a) mm b) km c) dm 1. 1000 m = 1 ___ a) mm b) km c) dm Örnek: 1 in. = 2.54 cm 2. 0.001 g = 1 ___ a) mg b) kg c) dg 2. 0.001 g = 1 ___ a) mg b) kg c) dg Faktör: 1 in. ve 2.54 cm 2.54 cm 1 in. 3. 0.1 L = 1 ___ a) mL b) cL c) dL 3. 0.1 L = 1 ___ a) mL b) cL c) dL 4. 0.01 m = 1 ___ a) mm b) cm c) dm 4. 0.01 m = 1 ___ a) mm b) cm c) dm

2.5 saat kaç dakikadır? Örnek Dönüşüm faktörü 1.4 gün kaç saniyedir? 2.5 saat x 60 dakika = 150 dakika 2.5 saat x 60 dakika = 150 dakika Yol : gün saat dakika saniye 1 saat 1 saat 1.4 gün x 24 saat x ?? sadeleştir 1 gün Çözüm Dikkat ! Yol : gün saat dakika saniye Aşağıdaki çözümde ne yanlıştır ? Aşağıdaki çözümde ne yanlıştır ? 1.4 gün x 1 gün x 60 dak x 60 s 1.4 gün x 24 saat x 60 dak x 60 s 1.4 gün x 1 gün x 60 dak x 60 s 24 sa 1 sa 1 dak 1 gün 1 saat 1 dak 24 sa 1 sa 1 dak 5 = 1.2 x 10 sn

İngiliz ve Metrik sistem Sıcaklık Birimleri İngiliz ve Metrik sistem Sıcaklık Birimleri dönüşümü dönüşümü • Fahrenheit • Fahrenheit • Eğer dönüşüm faktörünü • Eğer dönüşüm faktörünü • Celsius • Celsius biliyorsanız herşeyi biliyorsanız herşeyi • Kelvin dönüştürebilirsiniz ! • Kelvin dönüştürebilirsiniz ! • Örnek: • Örnek: –Kütle: 454 gram = 1 pound –Kütle: 454 gram = 1 pound Anders Celsius –Uzunluk: 2.54 cm = 1 inç 1701-1744 –Uzunluk: 2.54 cm = 1 inç –Hacim: 0.946 L = 946 mL –Hacim: 0.946 L = 946 mL Lord Kelvin (William Thomson) 1824-1907 Sıcaklık Birimleri Sıcaklık Birimleri Sıcaklığı kullanarak Sıcaklığı kullanarak hesaplama hesaplama Fahrenheit Celsius Kelvin Fahrenheit Celsius Kelvin Suyun Suyun 212 ˚F 100 ˚C 373 K 212 ˚F 100 ˚C 373 K kaynama kaynama • T (K) = t (˚C) + 273.15 noktası noktası • T (K) = t (˚C) + 273.15 100 K • T (K) = t (˚C) + 273.15 180˚F 100˚C 100 K 180˚F 100˚C Suyun donma Suyun donma 32 ˚F 0 ˚C 273 K 32 ˚F 0 ˚C 273 K noktası noktası • Vücut sıcaklığı = 37 ˚C + 273 = 310 K • Vücut sıcaklığı = 37 ˚C + 273 = 310 K • Vücut sıcaklığı = 37 ˚C + 273 = 310 K • Sıvı azot = -196 ˚C + 273 = 77 K Unutma sıcaklık farkında ∆T • Sıvı azot = -196 ˚C + 273 = 77 K • Sıvı azot = -196 ˚C + 273 = 77 K 1 kelvin = 1 santigrat derece 1 kelvin = 1 santigrat derece

Fahrenayt (Fahrenheit) Çevirimi Santigrat (Celsius) Çevirimi Fahrenayt (Fahrenheit) Çevirimi Santigrat (Celsius) Çevirimi T°C ‘yi elde etmek için yeniden düzenleyelim T°C ‘yi elde etmek için yeniden düzenleyelim °F = 9/5 °C + 32 °F = 9/5 °C + 32 Sıfır noktası : 0°C = 32°F Sıfır noktası : 0°C = 32°F °F – 32 = 9/5 °C ( +32 – 32) °F – 32 = 9/5 °C ( +32 – 32) °F = 9/5 °C + 32 °F = 9/5 °C + 32 °F – 32 = 9/5 °C °F – 32 = 9/5 °C 9/5 9/5 9/5 9/5 (°F – 32) * 5/9 = °C (°F – 32) * 5/9 = °C Örnek Örnek Örnek Örnek Bir hipotermi (vücut ısısının normalin altına İskete kuşunun normal sıcaklığı 105.8°F’dır. °C Bir hipotermi (vücut ısısının normalin altına İskete kuşunun normal sıcaklığı 105.8°F’dır. °C düşmesi) hastasının vücut sıcaklığı 29.1°C’dir. °F olarak nedir ? düşmesi) hastasının vücut sıcaklığı 29.1°C’dir. °F olarak nedir ? olarak nedir ? olarak nedir ? 1) 73.8 °C 1) 73.8 °C °F = 9/5 (29.1°C) + 32 °F = 9/5 (29.1°C) + 32 2) 58.8 °C 2) 58.8 °C = 52.4 + 32 = 52.4 + 32 3) 41.0 °C 3) 41.0 °C = 84.4°F = 84.4°F

Örnek Sıcaklık Pizza 455°F’da pişirilir. Kaç °C’de pişmiştir ? • Termal denge halinde bulunan bir maddenin moleküllerinin kinetik enerjilerinin toplamının 1) 437 °C 1) 437 °C bir ölçüsü olarak tanımlanır. 2) 235°C • Sıcaklık ısı iletiminin yürütücü kuvvetidir. Isı 2) 235°C iletimi için sistem ile çevresi arasında bir sıcaklık farkının bulunması gereklidir. 3) 221°C 3) 221°C • 1 ∆K = 1 ∆°C Sıcaklık Birimleri Çevrim Tablosu Basınç Basınç birim yüzeye düşen kuvvet olarak tanımlanır. Sıcaklık Fahrenheit (°F) Rankin (°R) Celcius (°C) Kelvin (°K) F °F 1 (T °R) – 459,69 1,8.(t °C) + 32 1,8.(T K – 273)+32 P = A °R (T °F) + 459,69 1 1,8.(t °C) + 491,69 1,8.(T K) °C (T °F – 32).5/9 5/9(T °R) – 273 1 (T K) – 273 SI birim sisteminin basınç birimi Pascal’dır. 1 Pascal’lık K (T °F – 32).5/9+273 5/9.(T °R) (t °C) + 273 1 basınç oldukça düşük bir basınçtır. Mühendislik hesaplarında büyük basınçlar söz konusu olur. Bu nedenle mühendislikte genellikle kiloPascal kP veya megaPascal MP kullanılır.

Basınç Birimleri Çevrim Tablosu Enerji • Enerji iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanır. N.m-2 = Pa Bar atü Atm Torr psi Doğadaki bütün olayların yürütücü kuvveti olan -5 -5 -5 -3 -4 enerji, çeşitli şekillerde kendini gösterir. Pa 1 10 1,0197.10 0,986923.10 7,50062.10 1,4504.10 5 Bar 10 1 1,019716 0,986923 750,062 14,504 Atü 0,980665.105 0,980625 1 0,967841 735,559 14,2235 • Enerji konusu esas olarak termodinamiği 5 ilgilendirir. Ancak endüstriyel uygulamalarda Atm 1,01325.10 1,01325 1,033227 1 760 14,696 -3 -3 -3 daima mekanik enerji (potansiyel ve kinetik), Torr 133,3224 1,3332.10 1,3595.10 1,3158.10 1 0,019337 Psi 6894,7 0,0689487 0,070305 0,068046 51,715 1 elektrik enerjisi, kimyasal nenerji ve ısı enerjisinin kullanılması gerekir. Enerji Birimleri Çevrim Tablosu Güç Birimleri Çevrim Tablosu 3 J cal BTU cm .atm KWh EV erg Jolue 1 0,2390 9,488.10-4 9,869 2,7778.10-7 6,20.1018 107 HP W kpm.s-1 Ibf.ft.s-1 Btu.hr-1 kcal.hr-1 Cal 4,184 1 3,96340.10-3 41,293 1,162.10-6 2,61.1019 4,19.107 HP 1 746 75 550 2545 632,61 4 -6 21 10 BTU 1055,66 252,309 1 1,04186.10 293,24.10 6,545.10 1,056.10 -3 W 1,3405.10 1 0,1019716 0,7373 3,412 0,8603 3 -5 -9 17 6 cm .atm 0,101325 0,024217 9,59826.10 1 28,15.10 6,282.10 1,0133.10 6 5 3 6 25 13 Kpm.s-1 0,013333 9,80665 1 7,33315 33,9325 8,4345 KWh 3,6.10 8,606.10 3,410.10 35,52.10 1 2,232.10 3,6.10 -1 -3 EV 1,60.10-19 3,83.10-20 1,528.10-22 1,592.10-18 4,48.10-26 1 1,60.10-12 Ibf.ft.s 1,8182.10 1,3562 0,13637 1 4,6273 1,16682 Erg 10-7 2,39.10-8 9,4697.10-11 9,868.10-11 2,778.10-14 6,24.1011 1 Btu.hr-1 3,9293.10-4 0,4146 29,47.10-3 0,2161 1 0,252139 -1 -3 Kcal.hr 1,5808.10 1,16264 0,11856 0,857 3,966 1

Örnek G0.6Btu cal sa ft 2 inc 2 ⎛ 0 F ⎞ 0.026 252 1 ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ 1.8 h = 0.4 2 0 ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜⎜ 0 ⎟⎟ Bir borudan akan hava için basitleştirilmiş ısı transfer eşitliği ; D (sa)(ft )( F ) 1Btu 60 dak ⎝12inc ⎠ ⎝2.54cm ⎠ ⎝ 1 C ⎠ G0.6 h =0.026 D 0.4 -4 0.6 0.4 2 h = 2.11×10 G cal / D (dak)(cm )(°C) 2 Burada ; h : Btu/(hr)(ft )(°F) biriminde ısı transfer katsayısı G : Ibm/(hr)(°F) biriminde kütle ak ışhızı D : ft biriminde borunun dışçapı Olduğuna göre h, cal/(dak)(cm2)(°C) biriminde olduğunda 0.026 katsayısı ne olur ? Örnek Örnek • Havanın ortalama molekül ağırlığını hesaplayınız • Bir tank % 30 CS2 , % 40 CO ve % 30 CH4 bileşimine sahip bir gaz içermektedir. Buna göre gazın ortalama molekül ağırlığı nedir ? • M =M .X + M .X = 32×0.21 + 28×0.79 = 28.84 g/mol ort 1 1 2 2 Mort = 0.30×76 + 0.40×28 + 0.30×16 = 38.8 g/mol

MADDE DENKLİĞİ Madde Denkliği Kurulmasında genel ilke ve kurallar • Kimyasal reaksiyonların olmadığı işlemlerde • Madde denkliği Kütlenin Korunumu Kanunu’na madde denkliğini hem elementlerle hem de dayanılarak kurulur. İlk olarak Lavoisier bileşiklerle kurmak mümkündür. tarafından ortaya konulan bu kanuna göre “Çekirdek reaksiyonlarının olmadığı işlemlerde • Madde denkliği, kg veya mol gibi kütlesel birimlerle kütle kaybolmaz ve yeni kütle oluşmaz.İşlem kurulmalıdır. Hacim, sıcaklık ve basınç etkisi ile sırasında fiziksel ve kimyasal değişmelerin denklik kurulmaz. oluşması toplam kütlede bir değişiklik yaratmaz.” • Hesaplanması istenilen bilinmeyen sayısı kadar Başlangıçtaki maddelerin kütlesi = Son halde bulunan maddelerin kütlesi birbirinden bagımsız madde denklikleri kurulmalıdır. • Bir problemin çözümünde yapılacak ilk iş, işleme giren veya çıkan maddelerin veya bileşenlerden Örnek birinin belli bir miktarını hesaplamaya “temel” seçmektir. • Bir demiroksit minerali analiz edilmeden önce • Uygun bir temel seçimi ile hesaplar birleştirilir ve havada kurutulmaktadır. Kurutma sırasında % problem kısa yoldan çözülebilir. 8 ağırlık kaybı olmaktadır. Havada kurutulmuş numunenin analizi aşağıdaki gibidir : • Gaz yada gaz karışımları ile ilgili işlemlerde, Fe2O3 : % 85.5 Nem : % 4.5 genellikle 100 mol gaz temel seçilir. Yabancı Madde : % 10 • Bu mineralin ıslak haldeki bileşim yüzdesini • Katı haldeki maddelerin toplam kütlesinin temel seçilmesi uygundur. Eğer işleme giren veya hesaplayınız. çıkan bileşenlerin kütlesel yüzdeleri biliniyorsa temel olarak 100 kg alınır.

• Temel : Kurutulmuş 100 kg mineral Örnek Kurutulmadan önceki kütlesi (X) olsun • 100 kg demir tozu ve 100 kg kükürt yüksek X – 0.08 X = 100 ⇒ X = 108.7 kg sıcaklıkta eritilerek Fe + S ⇒FeS reaksiyona sokulmaktadır. Reaksiyon sonunda 130 kg Kurutmadan önceki mineral bileşim demirsülfür oluşmaktadır. Buna göre : • Sınırlayıcı reaktanı Fe2O3 : (85.5/108.7)100 = % 78.7 • Artan maddeyi Mineraldeki toplam su : (108.7-100)+4.5 = 13.2 • Reaksiyon verimini hesaplayınız Nem : (13.2/108.7)100 = % 12.1 Yabncı madde : (10/108.7)100 = % 9.2 Toplam : 78.7 + 12.1 + 9.2 = 100 • Temel : 100 kg demir tozu + 100 kg kükürt tozu • Demir mol sayısı : 100 / 56 = 1.786 kmol Örnek • Kükürt mol sayısı : 100 / 32 = 3.125 kmol • Kuru havanın hacimsel bileşimi aşağıdaki gibidir : • Reaksiyona göre 1 mol Fe ile 1 mol S reak girer • O2 : % 20.95 N2 : % 78.08 Ar : % 0.94 CO2 : % 0.03 • Bu durumda sınırlayıcı madde demirdir • A) Havanın ortalama molekül ağırlığını • Artan madde ise 3.125 – 1.786 = 1.339 kmol S • B) Standart koşullar altında yoğunluğunu bulunuz M = ∑ x .M = (0.2095)32 + (0.7808)28 + (0.0094)40 + ort i i • Oluşan FeS mol sayısı : 130 / 88 = 1.477 kmol FeS (0.0003) 44 = 28.96 g/mol • Reaksiyon verimi ise : (1.477 / 1.786)100 = % 82.7 d = P.M / R.T = 1 (28.96) / (0.082) 273 = 1.293 g/L Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN 2007 Page 14
———————– Page 15———————–

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN 2007 Örnek Örnek • Heptan’ın yanmasıyla CO elde edilir. CO ’in • Bir kireçtaşı analizi ; 2 2 % 50 ‘si kuru buza dönüşür. 500 kg kuru buz • CaCO 92.89 elde etmek için ne kadar heptan yakılmalıdır ? 3 • MgCO3 5.41 • C H + 11 O ⇒ 7 CO + 8 H O 7 16 2 2 2 • Çözünmeyen 1.70 • A) 5 ton kireçtaşından kaç kg CaO elde edilir ? Temel : 500 kg kuru buz • B) Kaç kg CO2 üretilir ? 500.103g kuru buz (1 g CO ) ( 1 mol CO ) (1 mol C H ) (100 g C H ) 2 2 7 16 7 16 (0.5 g kuru buz) (44 g CO ) (7 mol CO ) (1 mol C H ) 2 2 7 16 324.7 kg C7H16 CO 2 Kimyasal Stokiyometri Isı Kireçtaşı CaO MgO • Stokiyometri : kimyasal bir reaksiyondaki Çözünmeyen tüketilen ve üretilen maddelerin miktarıyla ve enerjileriyle alakalıdır. Temel : 5 ton kireçtaşı CaCO3 ⇒CaO + CO2 MgCO3 ⇒ MgO + CO2 CaCO3 miktarı = 5000.103 g kireçtaşı.(92.89/100) = 4644.5 kg MgCO3 miktarı = 5000.103 g kireçtaşı.(5.41/100) = 270.5 kg

Hidrojen ve Azot aşağıdaki eşitliğe göre amonyak Kimyasal Reaksiyonlar için deliller oluşturmak üzere reaksiyona girer. N + 3H →2NH • Bir gaz açığa çıkar. 2 2 3 • Çözünmeyen bir madde oluşur. • Belirli bir renk değişimi gözlenir. • Enerjide değişme olur. Isı, ışık, ses ve elektrik. Ekzotermik reaksiyon: ısı, ışık ve ses açığa çıkar. Endotermik reaksiyon: ısı ve ışık absorbe eder. • pH değişimi olur • Koku açığa çıkar Kimyasal Reaksiyonlardaki Enerji • Ekzotermik reaksiyonlar: • Enerji açığa çıkaran reaksiyonlardır. • Bütün çevre ısınır. • Exo (outside) , therm (heat) • Enerji bir üründür. • CH (g) + O (g) —> CO (g) + H O(l) + enerji •Aktivasyon Enerjisi: 4 2 2 2 •Reaksiyonun ilerlemesi için gereken enerjidir. •Reaksiyon Isısı: •Reaksiyon sırasındaki enerji değişim miktarıdır. •Ekzotermik bir reaksiyonda, ürünle reaktanlardan daha az enerjiye sahiptir. •Enerji, dışarıya verilir.

Aşağıdaki reaksiyonları denkleştiriniz Sentez Reaksiyonları • Al + S8 Al2S3 • Sentez reaksiyonları iki madde (genellikle element) bir bileşik • 16 Al + 3 S 8 Al S oluşturduğunda veya birleştiğinde meydana gelir. 8 2 3 • CO + O2 CO2 reaktan + reaktan Æ1 ürün • 2 CO + O2 2 CO2 • Temel olarak : A + B ÆAB • Örnek: 2H + O Æ2H O • C H + O CO + H O 2 2 2 2 4 2 2 2 • Örnek: C + O ÆCO • C H + 3 O 2 CO + 2 H O 2 2 2 4 2 2 2 • Pb(NO3)2 + NaCl PbCl2 + NaNO3 • Pb(NO3)2 + 2 NaCl PbCl2 + 2 NaNO3 • Mg C + H O Mg(OH) + C H 2 3 2 2 3 4 • Mg C + 4 H O 2 Mg(OH) + C H 2 3 2 2 3 4 • Ca(OH) + HBr CaBr + H O 2 2 2 • Ca(OH) + 2 HBr CaBr + 2 H O 2 2 2 Sentez Reaksiyonları Örnek • Aşağıda bir sentez reaksiyonu görülmektedir • K + S K S (iyonik) 8 2 • Ca + O2 CaO (iyonik) • Al + I2 AlI3 (iyonik) • H + O H O (kovalent) 2 2 2 • I + Cl ICl, ICl , or ICl (kovalent) 2 2 3 5 (tam ürün I2 ve Cl2 miktarına bağlıdır) • (NOT: Yukar ıdaki reaksiyonlar denkleşmemiştir.)

Dekompozisyon Reaksiyonları Dekompozisyon Reaksiyonları • Dekompozisyon reaksiyonları bir bileşiğin iki veya daha çok basit bileşik veya element haline dönüşmesidir • 1 Reaktan ÆÜrün + Ürün • Genelde: AB ÆA + B • Örnek : 2 H O Æ2H + O 2 2 2 • Örnek : 2 HgO Æ2Hg + O2 Birleşme Dekompozisyoon Birleşme ve Dekompozisyon Reaksiyonları • Na O + H O NaOH 2 2 • Bir metal oksit suyla, bir metal hidroksit meydana • MgO + H2O Mg(OH)2 getirir. Bu kuvvetli bir bazdır • SO + H O H SO • Bir ametal oksitle suyun reaksiyonunda oksiasit 2 2 2 3 • Cl O + H O HClO oluşur. 2 5 2 3 • HNO ∆ N O + H O • Bunların her ikisi de birleşme reaksiyonudur, ve 3 2 5 2 her ikisi ısıtmayla ürüne dönüşür. • Fe(OH) ∆ Fe O + H O 3 2 3 2 • Metal hidroksitler ısıtmayla dekompoze olurlar metal oksit ve su oluştururlar. • Oksiasitler ısıtmayla dekompoze olurlar ve su ile ametaloksit oluştururlar ∆: ısıtma

Tek Yerdeğiştirme Reaksiyonları Dekompozisyonun İstisnaları • Tek yerdeğiştirme reaksiyonu bir element diğer bir elementle yer değiştirir. • Karbonatlar ve kloratlar, element oluşturmayan özel • Bir metal bir metalle yerdeğiştirebilir (+) yada dekompozisyon reaksiyonlarıdır. bir ametal bir ametalle yerdeğiştirebilir (-). • Karbonatlar (CO32-) karbon dioksit ve bir metal oksit • element + bileşik Æürün + ürün Örnek: CaCO ÆCO + CaO 3 2 A + BC ÆAC + B (Eğer A bir metalse) yada A + BC ÆBA + C (Eğer A bir ametalse) • Kloratlar (ClO3-) oksijen gazı ve bir metal klorür • Example: 2 Al(ClO ) Æ2 AlCl + 9 O 3 3 3 2 + – H2O, H ve OH iyonlarına ayrıştığında (H+ ve O-2 değil !!) Tek Yerdeğiştirme Reaksiyonları Tek Yerdeğiştirme Reaksiyonları • Çinko metali sulu HCI ile reaksiyona girerse ; Zn + HCl Æ ZnCl + H (s) (aq) 2 2(g)

Tek Yerdeğiştirme Reaksiyonları Çift Yerdeğiştirme Reaksiyonları • Katı Sodyum klorür ve flor gazı NaCl + F Æ NaF + Cl (s) 2(g) (s) 2(g) • Çift yerdeğiştirme reaksiyonlarında bir metal bir metalle ve bir ametal bir ametalle yerdeğiştirir. • Aluminyum metali sulu bakır nitrat ile Al + Cu(NO ) Æ (s) 3 2(aq) • Bileşik + bileşik Æürün + ürün • AB + CD ÆAD + CB Çift Yerdeğiştirme Reaksiyonları Soru ??? Ürünleri tahmin edip denkleştiriniz 1. HCl(aq) + AgNO3(aq) Æ • Örnek: 2. CaCl + Na PO Æ 2(aq) 3 4(aq) AgNO3(aq) + NaCl(s) Æ AgCl(s) + NaNO3(aq) 3. Pb(NO ) + BaCl Æ 3 2(aq) 2(aq) 4. FeCl + NaOH Æ 3(aq) (aq) • Diğer örnek: 5. H SO + NaOH Æ 2 4(aq) (aq) K SO + Ba(NO ) Æ KNO + BaSO 2 4(aq) 3 2(aq) 3(aq) 4(s) 6. KOH + CuSO Æ (aq) 4(aq)

Yanma Reaksiyonları Combustion Reactions • Genelde: • Yanma reaksiyonları C H + O ÆCO + H O hidrokarbon ve oksijen ile x y 2 2 2 başlayan reaksiyonlardır. • Buna yanma denir !!! Yanma • Ürün daima karbon dioksit ve sudur. için 3 şeye ihtiyaç vardır: (tamamlanmayan yanmalarda bazen karbonmonoksitte oluşabilir) • 1) Bir yakıt (hidrokarbon) 2) Oksijen • Yanma evlerin ısıtılmasında, 3) Reaksiyona başlatacak otomobillerin çalıştırılmasında kıvılcım kullanılır. (oktan, benzin , C8H18) Yanma • Örnek • C H + O Æ CO + H O 5 12 8 2 5 2 6 2 • Soru: • C H + O Æ Edgar Allen Poe’s 10 22 2 akan gözleri ve ağzı CO zehirlenmesini göstermektedir.

Karışık Örnekler Toplam İyonik Denklemler 1. BaCl + H SO Æ • Önce moleküler eşitlik yazılırken reaktan ve 2 2 4 ürünlerin çözünür ya da çözünmez olduğuna 2. C H + O Æ 6 12 2 dikkat etmek gerekir. 3. Zn + CuSO Æ 4 • Genelde reaksiyonun suda gerçekleştiği 4. Cs + Br Æ düşünülür 2 5. FeCO Æ • Çözünürlük tablosu kullanılabilir. 3 • Eğer bileşik suda çözünüyorsa iyonlarına da ayrışabilir demektir. • Eğer çözünmüyorsa çözünmeyen bileşik olarak kalır iyonların ayrışmaz. Çözünürlük tablosu Toplam İyonik Eşitlik Moleküler Denklem: K CrO + Pb(NO ) Æ PbCrO + 2 KNO 2 4 3 2 4 3 Çözünür Çözünür Çözünmez Çözünür Toplam İyonik Denklem: 2 K+ + CrO4-2 + Pb+2 + 2 NO3- ÆPbCrO4 (s) + 2 K+ + 2 NO3-

Asit-baz Reaksiyonlar ı Net Iyonik Denklem • Asit-baz: Bu özel bir çift asit-baz yerdeğiştirme • Toplam iyonik denklemlerle aynıdır. Fakat iki taraftaki aynı reaksiyonudur. Asit içerisindeki H+ iyonu baz içerisindeki iyonları sadeleştirmelisiniz. OH- iyonuyla reaksiyona girerek su oluşturur. Genelde bu tür reaksiyonların ürünleri iyonik tuz ve sudur. • Toplam Iyonic Denklem: 2 K+ + CrO4 -2 + Pb+2 + 2 NO3- ÆPbCrO4 (k) + 2 K+ + 2 NO3- • HA + BOH —> H2O + BA • Asit-baz reaksiyonlarına bir örnek olarak hidrobromik asidin sodyum hidroksit ile reaksiyonu verilebilir. Net Iyonik Denklem: CrO4 -2 + Pb+2 Æ PbCrO4 (k) • HBr + NaOH —> NaBr + H O 2 Mol/Mol Problemleri Örnek 1: 1. Denkleşmişbir kimyasal denklem • Lityum ve oksijen, lityum oksit oluşturur. Eğer 2. Mol oranının belirlenmesi 2 mol lityum reaksiyona girerse kaç mol lityum oksit oluşur ? 3. Problemin verilenlerle çözülmesi

Li + O ÆLi O 2 2 1. Denklemi denkleştir : 2 mol Li x 2 mol Li O = 2 4 Li + O Æ 2 Li O 4 mol Li 2 2 2. Li ‘un Li O’e mol oranı 2 Cevap: 1 mol Li2O 3. 4 mol lityum / 2 mol lityum oksit 4. Problemin çözümü. Problem 2 H O ÆH O + O 2 2 2 2 • Hidrojen peroksit, su ve oksijen gazına 1. Denklemi denkleştirin: ayrışır. 5.0 mol H O ayrışması sonucu kaç 2 2 2H O Æ2H O + O mol su ve oksijen gazı oluşur ? 2 2 2 2 2. Oksijen & hidrojen perosit mol oranı: 2 mol H O / 1 mol O 2 2 2 3. Çözüm

Problem 3 5.O mol H O x 1 mol O = • Amonyak, (NH )genellikle ev temizlik 2 2 2 3 2 mol H O ürünlerinde kullanılır. 6 mol Hidrojen gazı aşırı 2 2 azotla reaksiyona girdiğinde kaç mol amonyak üretilir? Cevap: 2.5 mol O2 N + H ÆNH 2 2 3 1. Denklemi denkleştirin: 6 mol H2 x 2 mol NH3 = N + 3H Æ2NH 3 mol H 2 2 3 2 2. Hidrojen / amonyak mol oranı : 3 mol hidrojen / 2 mol amonyak Cevap: 4 mol NH3 3. Çözüm

Kütle/Mol ve Mol/Kütle Problemleri Problem 1 • 2.00 mol magnezyumdan kaç gr magnezyum oksit elde edilir? • 3 koşula ihtiyacımız vardır : • Mg + O2 ÆMgO 1. Denkleşmişkimyasal reaksiyon • 2 Mg + O2 Æ 2 MgO 2. Mol oranı • MgO nun Molar Kütlesi 3. Molar kütle • 40.31 g/mol 2.00 mol Mg x 2 mol MgO x 40.31g MgO = 2 mol Mg mol MgO Problem 2 • 2.00 mol of magnezyum ile kaç gram oksijen reaksiyona girer? • Cevap: 80.62 g MgO = 80.6 g MgO • 2 Mg + O2 Æ2MgO • Oksijenin Molar kütlesi : 32.00 g/mol 2.00 mol Mg x 1 mol O2 x 32.00 g O2 = 2 mol Mg mol O2 Cevap: 32.0 g O2

Problem 3 Kütle/Kütle Problemleri • 125 gram oksijen üretmek için kaç mol HgO ya ihtiyaç vardır? • HgO ÆHg + O2 1. Denkleşmişdenklem • 2 HgO Æ2 Hg + O2 2. Mol oranı • Oksijenin Molar Kütlesi: 32.00 g/mol 3. Molar Kütle • 125 g O2 x mol O2 x 2 mol HgO = 32.00 g O2 1 mol O2 • Cevap: 7.81 mol HgO Problem 1 • Mol oranı? • Kalay (II) florür, SnF2 dişmacunlarında kullanılır. 30.0 g HF nin Sn ile reaksiyona • 2 mol HF : 1 mol SnF2 girmesinden kaç gram çinko florür elde edilir. • HF ve SnF2 nin molar kütleleri? (Hidrojen de başka bir üründür.) • HF: 20.01 g/mol • Sn + HF ÆSnF + H 2 2 • SnF2 : 156.71 g/mol • Sn + 2 HF ÆSnF + H 2 2 Sn + 2 HF ÆSnF2 + H2

Problem 2 30.0gHF x mol HF x 1 mol SnF2 x 156.71gSnF2 20.01gHF 2 mol HF mol SnF • Azot oksit , N O (azot I oksit) dişçilikte 2 2 anestezik olarak kullanılmaktadır. 33.0g N2O üretmek için kaç gram NH4 NO3 gereklidir? ( Cevap: 117 g SnF2 bu dekompozisyon reaksiyonun diğer ürünü sudur.) • NH NO ÆN O + H O 4 3 2 2 • NH NO ÆN O + 2 H O 4 3 2 2 NH NO ÆN O + 2 H O NH NO ÆN O + 2 H O 4 3 2 2 4 3 2 2 • Mol Oranı? 33.0g N O x mol N O x 1 mol NH NO 2 2 4 3 • 1 mol NH NO :1 mol N O 44.02gN O 1 mol N O 4 3 2 2 2 • NH NO ın molar kütlesi 4 3 • 80.06 g/mol x 80.06 g NH4 NO3 = • Molar Kütle N O mol NH NO 2 4 3 • 44.02 g/mol Cevap: 60.0 g NH NO 4 3

• Temel : 100 kg barit minerali Örnek 100 kg baritteki BaSO4 = 100x(0.96) = 96 kg BaSO4 mol sayısı = 96/233 = 0.412 kmol • Bileşiminde kütlesel olarak % 96 BaSO4 ve % 4 inert maddeler bulunan barit minerali üzerine bir miktar kuru halde sodyum karbonat katılarak aşağıdaki denkleme Oluşan BaCO3 mol sayısı = 48.66/197 = 0.247 kmol göre reaksiyona girmektedir. Artan Na2CO3 mol sayısı = 29.68/106 = 0.28 kmol • BaSO + Na CO ⇒ BaCO + Na SO 4 2 3 3 2 4 • Bu reaksiyonda 100 kg barit minerali kullanılması haline Reaksiyona giren Na2CO3 mol sayısı = 0.247+0.28 reaksiyon sonucunda 48.66 kg BaCO3 oluştuğu ve 29.68 kg Na2CO3 ‘ün arttığı belirlenmiştir. Buna göre = 0.527 kmol • A) Sınırlayıcı reaktanı • B) Reaksiyonun tamamlanma yüzdesini Tamamlanma derecesi sınırlayıcı reaktanın dönüşme oranıdır. • C) Reaksiyon sonucundaki oluşan karışımın kütlesel bileşimini bulunuz. % Dönüşüm = (0.247/0.412)x100= % 60 • Reaksiyon sonunda oluşan kütleler ve % leri Örnek Bileşenler Kütle, kg Kütlesel % BaCO 48.66 31.22 3 • Bir kömür numunesinin yapılan analizinde % Na SO 0.247×142=35.07 22.50 2 4 2.7 kükürt ve % 18.6 oranında kül Na CO 29.68 19.04 bulunmuştur. Bu kömürün külünde yapılan 2 3 BaSO4 96-(0.247×233)=38.45 24.67 analizde ise, % 3.85 oranında kükürt İnert 4 2.57 bulunmuştur. Buna göre 100 kg kömürün yanması halinde kaç kg kükürdün yanarak Toplam 155.86 100 havaya karıştığını hesaplayınız.

• Temel : 100 kg kömür Soru ? • 100 kg kömürdeki kükürt : 100x(0.027)=2.7 kg • Bileşiminde kütlesel olarak % 6.8 oranında inert maddeler bulunan bir barit mineralinden 100 kg, 53 kg • 100 kg kömürden oluşan kül : 100x(0.186)=18.6 kg saf sodyum karbonat ile karıştırılarak yüksek sıcaklıkta aşağıdaki kimyasal reaksiyona sokulmaktadır. • BaSO + Na CO ⇒ BaCO + Na SO • 18.6 kg küldeki kükürt : 18.6x(0.0385)=0.71 kg 4 2 3 3 2 4 • Reaksiyon sonunda oluşan karışım içinde % 38.63 oranında BaCO bulunduğu belirlenmiştir. Buna göre ; 3 • Havaya karışan kükürt : 2.7 – 0.71 = 1.99 kg • A) Sınırlayıcı ve aşırı maddeyi bulunuz. • B) Reaksiyonun tamamlanma derecesini hesaplayınız. • C) Reaksiyon sonucunda elde edilen karışımın kütlesel bileşim yüzdesini hesaplayınız. • Temel : 600 g antimon sülfür Örnek • Antimon sülfür mol sayısı = 600 / 339.7 = 1.77 mol • Demir mol sayısı = 250 / 55.8 = 4.48 mol • Antimon mol sayısı = 200 / 121.8 = 1.64 mol • Toz halinde antimon sülfür minerali (stibnit) ile demir talaşları birlikte ısıtılarak aşağıdaki • Sb S + 3 Fe ⇒ 2 Sb + 3 FeS reaksiyon gereğince antimon elde edilmektedir. 2 3 • Sınırlayıcı demirdir. • Sb S + 3 Fe ⇒ 2 Sb + 3 FeS 2 3 • 600 g antimon sülfür minerali ile 250 g demir • 4.48 mol demir + 4.48 / 3 = 1.49 mol antimon sülfür talaşı reaksiyona sokulduğunda, 200 g erimiş • Artan antimon sülfür = 1.77 – 1.49 = 0.28 mol Sb2S3 antimon elde edilmektedir. Buna göre ; • A) Sınırlayıcı ve artan reaktanı bulunuz. • Tamamlanma derecesi sınırlayıcı reaktana göredir • 3 mol demirden 2 mol antimon elde edilirse • B) Reaksiyonun tamamlanma derecesini • X= 2.46 mol 1.64 mol antimondan hesaplayınız. • % Tamamlanma = (2.46/4.48)x100 = % 54.9

• Temel : 10 mol COCI 2 Örnek • Reaksiyon sonucunda reaksiyona giren maddelerin her ikiside artmıştır. • Fosgen gazı COCI2 , CO ve CI2 gazının katalitik reaksiyonu ile elde edilmektedir. • 1 mol klor gazı 1 mol karbonmonoksit ile reaksiyona • CO + CI2 ⇒ COCI2 girmektedir. Reaksiyon sonunda 3 mol klor ve 7 mol • Reaksiyon sonucunda elde edilen karışım içinde CO artmıştır. Yani 4 mol CO fazla kullanılmıştır. 3 mol CI + 10 mol COCI ve 7 mol CO 2 2 bulunduğuna göre ; • Sınırlayıcı reaktan klordur. • A) Aşırı madde yüzdesini, • B) Reaksiyonun tamamlanma yüzdesini, • 10 mol fosgen oluştuğuna göre reaksiyona (10+3=13 • C) Reaksiyon kabına giren 100 mol gaz mol) klor ve (10+7=17 mol) CO girmiştir. karışımından kaç mol fosgen gazı elde edilebileceğini hesaplayınız. • % Aşırı madde = (4/13)x100 = % 30.8 • Reaksiyonun tamamlanma derecesi ; Örnek • % Dönüşme = (10/13)x100 = % 77 • Reaksiyon sonucunda 10 mol fosgen elde etmek için • 10 + 7 = 17 mol CO • 10 + 3 = 13 mol CI 2 • Toplam = 30 mol gaz karışımı • 30 mol gaz karışımından 10 mol fosgen elde ediliyorsa • 100 mol “ “ X= 33 mol fosgen Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN 2007


Facebook Yorumları

Bir Cevap Yazın