Hacettepe Üniversitesi

GENEL KİMYA LABARATUARI (KİM – 120)

ÖĞRENCİ NO ADI SOYADI GRUP NO 09 DENEYİN YAPILDIĞI TARİH 06/03/2003 RAPOR TESLİM TARİHİ 13/03/2003

DENEYİN ADI Kimyasal Denge Kimyasal tepkimeler, kimyasal bir denge kanununa yaklaşmaya çalışırlar. Denge konumunu

DENEYİN AMACI belirleyen denge sabitidir. Bu deneyde denge Fe3+ – iyonları ile izotiyosiyanat NCS iyonları arasındaki tepkimenin denge sabitinin değeri saptanacaktır. 5 adet deney tüpü Mezür Büret

ARAÇ VE GEREÇLER Beher 25 mL 0.002 M NaNCS 15 mL 0.2 M Fe(NO ) 3 3

-GENEL KİMYA DENEY RAPORU- (KİMYASAL DENGE) DENEYİN ADI Kimyasal Denge DENEYİN AMACI Kimyasal tepkimeler, kimyasal bir denge kanununa yaklaşmaya çalışırlar. Denge konumunu 3+ – belirleyen denge sabitidir. Bu deneyde denge Fe iyonları ile izotiyosiyanat NCS iyonları arasındaki tepkimenin denge sabitinin değeri saptanacaktır. KURAMSAL BİLGİLER ÇÖZÜNÜRLÜK Çözünürlük; bir maddenin başka bir maddenin belirli bir miktarı içerisinde belirli koşullarda çözünebilen miktarı olarak tanımlanabilir. Örneğin; 100 gram suda çözünmüş maddenin gram cinsinden miktarıdır. Ancak, bu bölümde molar çözünürlükten söz edilecektir. Ayrıca, çözünme miktarları için çözünür, az çözünür veya çözünmez diyebilmek için belirli miktarlar esas alınır. Örneğin, oda sıcaklığındaki çözünürlüğü 0,1 Molardan büyük ise çözünür, çözünürlüğü 0,1 Molardan küçük ise az çözünür ve çok daha küçük ise çözünmez denir. Ancak bir genelleme yapılacak olursa; Anyonu Nitrat ve Asetat olan bütün maddeler suda çözünür. Katyonu Amonyum olan bütün maddeler suda çözünür. 1A grubundaki metallerin bütün bileşikleri suda çözünür. Hidrojen katyonu olan bütün asitler suda iyi çözünür. Bunun dışında anyon veya katyonuna göre bazı maddelerin çözünürlükleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Anyon Verilen anyonla az çözünen tuz oluşturan katyonlar CO23- NH4+ dışındakilerin hepsi PO43- NH4+ dışındakilerin hepsi S2- NH4+ ile 1A ve 2A grubu katyonlarının dışındakilerin hepsi OH- NH4+, Sr2+, Ba2+ ile 1A grubu katyonların dışındakilerin hepsi 2- 2+ 2+ 2+ 2+ + + SO4 Ba , Sr , Ca , Pb , Hg , Ag

– – – + + + 2+ 2+ Cl , Br , I Ag , Cu , Hg , Hg , Pb ÇÖZÜNÜRLÜK DENGESİ VE ÇÖZÜNÜRLÜK ÇARPIMI Az çözünen iyon yapılı bir katı madde su ile karıştırılınca çözünmeye başlar. Karışımın ilk anlarında çözünme hızlıdır. Ancak, iyonlar ortaya çıktıkça çözünme hızı zamanla azalır. Bu sırada oluşan iyonlar yeniden birleşerek çökmeye başlar. Bir süre sonra çözünme hızı ile çökme hızı birbirine eşitlenir. Bu durumda sistem dengeye ulaşmış olur. Denge halindeki böyle bir sistem doymuştur. Olay bir çözünme olduğundan bu dengeye çözünürlük dengesi adı verilir. A B D xA+y + yB-x x y(katı) (suda) (suda) Genel çözünme tepkimesinde; A B tuzu için denge bağıntısını yazalım: x y(katı) yazılabilir. Ancak, A B maddesinin bu ortamdaki derişiminin değişmediği kabul edildiğinden x y(katı) değeri sabittir. Bu nedenle, K ifadesi ile birleştirilebilir. Bu durumda K = K * [A B ] d çç d x y(katı) yazılabilir. O halde; olur. K ’ye çözünürlük denge sabiti ya da çözünürlük çarpımı denir. K de K veya K gibi çç çç p d sıcaklığa bağlı olarak değişir. Bağıntıda mol katsayılarının üs olarak alındığına dikkat ediniz. Aşağıda bazı çözünme tepkimeleri için denge bağıntıları verilmiştir. + – + – AgBr(k) D Ag (suda) + Br (suda) Kçç = [Ag ][Br ] FeCO3(k) D Fe+2(suda) + CO3-2(suda) Kçç = [Fe+2][CO3-2] +2 – +2 – 2 CaF2(k) D Ca (suda) + 2F (suda) Kçç = [Ca ][F ] +2 -3 +2 3 -3 2 Ba (PO ) D 3Ba + 2PO K = [Ba ] [PO ] 3 4 2(k) (suda) 4 (suda) çç 4 Bazı az çözünen iyonik katıların 25˚C’daki çözünürlük çarpımları aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. Bileşik Kçç Bileşik Kçç

BaCO 4,9×10-9 CuS 6,5×10-37 3 PbCO 7,9×10-14 Ag S 8,0×10-51 3 2 -7 -11 SrSO 8,0×10 CaF 4,0×10 4 2 -5 -10 Ag SO 1,4×10 SrF 8,0×10 2 4 2 Ag PO 1,8×10-18 AgCl 1,8×10-10 3 4 -32 -5 Ca (PO ) 1,5×10 PbCl 1,8×10 3 4 2 2 Al(OH) 4,8×10-33 AgBr 5,0×10-13 3 -15 -6 Fe(OH) 4,0×10 PbBr 5,0×10 2 2 ÇÖZÜNÜRLÜK DENGESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Çözünürlük dengesi fiziksel bir denge olmasına rağmen kimyasal denge de olduğu gibi bazı faktörlerin etkisi ile değişebilir. Bu faktörler; Çözücünün türü Sıcaklık Ortak iyon varlığı Yabancı maddelerin varlığı şeklinde sıralanabilir. a. Çözücünün Türünün Etkisi : Daha önceden “Benzer benzeri çözer” ifadesini kullanmıştır. Çözücünün bir maddeyi çözüp çözemeyeceği deneyle bulunabilir. Böylece çözünme üzerinde etkisinin

Bu üç çözelti için de maksimum düzensizlik eğilimi çözünmenin lehine, minimum enerji eğilimi çözünmenin aleyhinedir. Entalpi değerlerine bakarak iyot molekülü ile en iyi etkileşimde bulunan çözücünün etil alkol olduğu söylenebilir. İyot, suda çözünmez, karbontetraklorürde ise az çözünür. Bu durumda yandaki şekilde görüldüğü gibi iki farklı fazdan oluşan bir karışım oluşur. İyodun çeşitli çözücülerdeki çözünürlükleri şu şeklide verilebilir. Suda : S= 0,001 M CCl ’de : S= 0,120 M 4 Alkolde : S= 0,840 M b. Sıcaklığın Etkisi : İyonik bileşiklerin sudaki çözünürlüğü sıcaklığa bağlı olarak değişir. Çözünme olaylarında bir denge kurulduğuna göre, denge de sıcaklıkla değişir. Le Chatelier ilkesine göre denge halindeki bir çözünürlük sistemi ekzotermik olduğunda sıcaklığının yükseltilmesi halinde sistem bu etki azaltabilmek için tekrar çökme yönünde hareket edecektir. Aynı şekilde endotermik bir dengede ise, sıcaklığın yükseltilmesi çözünme yönünde etkili olacaktır. Örneğin, CaCl katısının sudaki çözünürlüğü ekzotermiktir. Bu katının konulduğu bir 2 2+ – çözeltinin sıcaklığı artırılacak olursa, iyon haline geçen Ca iyonları ile Cl iyonları tekrar bu dışarıdan verilen enerjiyi absorbe ederek yeni bağların oluşumunda kullanarak CaCl katısını 2 oluşturur ve böylece çökme gözlenir. Başka bir madde olarak NH Cl katısının sudaki 4 çözünürlüğü endotermiktir. Bu katı ile oluşturulan karışımın sıcaklığı artırılırsa, çözünme artar ve verilen ısı ile katı iyonlarına daha çok ayrışır. Böylece, sıcaklık çözünme yönünde harekete neden olur. Yandaki şekilde bazı maddelerin çözünürlüğünün sıcaklıkla değişlimi görülmektedir. c. Ortak İyon Etkisi : Saf suda az çözünen bir katı madde, yapısındaki iyonlardan birini içeren bir başka çözelti içerisinde, saf sudaki çözünme miktarından daha az çözünür. Bu duruma “Ortak iyon etkisi” denir. + – Örneğin, AgBr tuzu suda az çözünür. Çözündüğü miktara bağlı olarak da çözeltiye Ag ve Br iyonlarını verir. Eğer, KBr tuzu içeren bir çözelti içerisine AgBr tuzu atılır ve çözünmesi + – istenirse, AgBr, saf sudakinden daha az Ag ve Br iyonlarını verecektir. Bunun başlıca nedeni, çözücü moleküllerinin daha önceden doyurulmuş olması ve az çözünen tuzun kristal örgüsünü kırmaya yetecek serbest moleküllerin az olması ve enerjinin de azalmasıdır. Bu durumu bir örnek problem ile açıklamak daha kolaydır. DENEYİN YAPILIŞI Bu deneyde kullanılan bakır(II) iyodat suda şöyle çözünür: Cu(IO ) Cu2+ + 2IO – 3 2 (k) (aq) 3 (aq) 2+ – 2 bu eşitliğin çözünürlük çarpımı şudur: Kçç = [Cu ][IO3 ] (bir katı olan Cu(IO ) işleme tabi tutulmaz) 3 2

+2 – 2+ – 2 Farklı çözeltilerde Cu ve IO3 konsantrasyonları farklı olsa da [Cu ][IO3 ] değeri her zaman için sabittir. Yani kısaca sıcaklık sabitse, Kçç de sabittir. VERİLER VE HESAPLAMALAR Veriler; Sıvının Yüksekliği Standardın Yüksekliği 2 nolu tüp 6.1 cm 5.5 cm 3 nolu tüp 6.0 cm 3.7 cm 4 nolu tüp 6.4 cm 3.6 cm 5 nolu tüp 6.8 cm 2.2 cm 6 nolu tüp 6.0 cm 1.2 cm Hesaplamalar; Başlangıç Denge Denge Derişimi Derişimi Sabiti 3+ – 2+ 3+ – [Fe ] [NCS ] [FeNCS ] [Fe ] [NCS ] K 1 nolu tüp 2 nolu tüp 3 nolu tüp 4 nolu tüp 5 nolu tüp 6 nolu tüp SORULAR Bu tepkimenin oda sıcaklığında gerçek denge sabiti değerini, bulduğunuz değerlerle karşılaştırın. Hangi değerlerle daha iyi uyum içerisindedir, tartışın. CEVAPLAR YORUM KAYNAKLAR General Chemistry (Petrucci, Harwood, Herring) ISBN 975-8624-43-1 Chemical Experiements ( University of Michigan Press) J. Frank Herald

…