ÖABT Fen Bilimleri Kimya: Kimyasal Tepkimeler ve Hesaplamalar konu anlatımı

Kimyasal tepkime, maddelerin atomları arasındaki bağların kopup yeniden düzenlenmesiyle kimlik değiştirerek yeni maddelere dönüşmesidir. Ortaokul programında 8. sınıf "Madde ve Endüstri" ünitesinde kimyasal değişim, tepkime denklemi ve kütlenin korunumu basit düzeyde işlenir; ÖABT Fen Bilimleri sınavında ise bu kavramların mol kavramı, stokiyometri, sınırlayıcı bileşen, verim ve formül bulma hesaplamalarıyla birlikte kullanılması beklenir.

Kimyasal tepkimelerde atomların türü ve sayısı korunur; bu nedenle toplam kütle ve toplam atom sayısı değişmez. Buna karşın molekül sayısı, mol sayısı ve (gazlarda) hacim korunmak zorunda değildir. Tepkime denklemindeki katsayılar, tepkimeye giren ve oluşan maddelerin mol oranlarını verir ve bütün hesaplamaların anahtarıdır.

Fiziksel ve kimyasal değişim

• Fiziksel değişim: Maddenin kimliği değişmez; hâl değişimleri, çözünme, kırılma, şekil değiştirme örnektir.
• Kimyasal değişim: Yeni madde oluşur; yanma, paslanma, çürüme, fotosentez, mayalanma örnektir. Renk değişimi, gaz çıkışı, çökelek oluşumu ve ısı-ışık salınması kimyasal değişimin göstergeleri olabilir.

Tepkime türleri

Denkleştirme ve kimya kanunları

• Denkleştirmede her elementin atom sayısı iki tarafta eşitlenir; yalnızca katsayılar değiştirilir, formüller değiştirilmez. Hidrokarbonlarda önce C, sonra H, en son O denkleştirilir.

Mol kavramı

• 1 mol tanecik = 6,02·10²³ tanecik (Avogadro sayısı, Nₐ).
• n = m / M (m: kütle, M: mol kütlesi) ve n = N / Nₐ.
• Normal koşullarda (0 °C, 1 atm) 1 mol ideal gaz 22,4 L hacim kaplar: n = V / 22,4.
• Aynı sıcaklık ve basınçta gazların hacim oranı, mol oranına eşittir (Avogadro hipotezi).

Stokiyometri, sınırlayıcı bileşen ve verim

• Hesaplama sırası: verilen niceliği mole çevir → katsayı oranıyla istenen maddenin molünü bul → istenen birime (g, L, tanecik) çevir.

Yüzde bileşim ve formül bulma

• Kütlece % element = (formüldeki toplam kütlesi / mol kütlesi) · 100.
• Basit (kaba) formül: Kütleler (ya da yüzdeler) mol kütlelerine bölünür, en küçük değere bölünerek tam sayılı oran bulunur.
• Molekül formülü: = (basit formül)ₙ; n = mol kütlesi / basit formül kütlesi.
• Yanma analizinde CO₂'nin mol sayısı C atomu sayısını, H₂O'nun mol sayısının iki katı H atomu sayısını verir.

Örnek 1. C₂H₆ + O₂ → CO₂ + H₂O tepkimesini en küçük tam sayılarla denkleştiriniz.

Çözüm: C için 2CO₂, H için 3H₂O yazılır: C₂H₆ + O₂ → 2CO₂ + 3H₂O. Sağda 4 + 3 = 7 O atomu vardır, O₂ katsayısı 7/2 olur. Tüm katsayılar 2 ile çarpılır: 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O.

Örnek 2. 13 g Zn yeterince HCl ile tepkimeye girdiğinde normal koşullarda kaç litre H₂ gazı oluşur? (Zn = 65 g/mol)

Çözüm: n(Zn) = 13 / 65 = 0,2 mol. Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂ tepkimesinde Zn : H₂ = 1 : 1 olduğundan 0,2 mol H₂ oluşur. V = 0,2 · 22,4 = 4,48 L.

Örnek 3. 2,4 g Mg ile 3,2 g O₂ tepkimeye sokuluyor. Hangi maddeden kaç gram artar, kaç gram MgO oluşur? (Mg = 24, O = 16 g/mol)

Çözüm: 2Mg + O₂ → 2MgO. n(Mg) = 2,4 / 24 = 0,1 mol; n(O₂) = 3,2 / 32 = 0,1 mol. Mol/katsayı oranları: Mg için 0,1 / 2 = 0,05; O₂ için 0,1 / 1 = 0,1. Mg sınırlayıcıdır. 0,1 mol Mg, 0,05 mol O₂ harcar; 0,05 mol O₂ yani 1,6 g O₂ artar. Oluşan MgO 0,1 mol = 0,1 · 40 = 4 g. Kontrol: 2,4 + 3,2 = 5,6 g = 4 + 1,6 g.

Örnek 4. Kütlece %85,7 C ve %14,3 H içeren bir hidrokarbonun mol kütlesi 56 g/mol'dür. Molekül formülünü bulunuz.

Çözüm: 100 g bileşikte n(C) = 85,7 / 12 ≈ 7,14 mol; n(H) = 14,3 / 1 = 14,3 mol. Oran 7,14 : 14,3 = 1 : 2 → basit formül CH₂ (14 g/mol). n = 56 / 14 = 4 → molekül formülü C₄H₈.

Örnek 5. 25 g CaCO₃ ısıtıldığında 8,4 g CaO elde ediliyor. Tepkimenin verimi yüzde kaçtır? (CaCO₃ = 100, CaO = 56 g/mol)

Çözüm: n(CaCO₃) = 25 / 100 = 0,25 mol. CaCO₃ → CaO + CO₂ tepkimesinde teorik olarak 0,25 mol CaO = 0,25 · 56 = 14 g oluşmalıdır. Verim = (8,4 / 14) · 100 = %60.