A + 2B → C tepkimesi için [A] = 0,1 M ve [B] = 0,2 M başlangıç derişimlerinde hız 4×10⁻³ M/s olarak ölçülüyor. Tepkimenin hız ifadesi aşağıdakilerden hangisi olabilir?
A) Hız = k[A][B]
B) Hız = k[A]²[B]
C) Hız = k[B]²
D) Hız = k[A]
E) Hız = k[A]²[B]²
Bir kimyasal tepkimenin hız ifadesi (hız denklemi), tepkimenin hızının reaktanların derişimlerine nasıl bağlı olduğunu gösterir. Bu ifade, tepkimenin stokiyometrisinden doğrudan çıkarılamaz; deneysel olarak belirlenmesi gerekir.
- Genel Hız İfadesi: $A + 2B \rightarrow C$ tepkimesi için genel hız ifadesi Hız $= k[A]^x[B]^y$ şeklindedir. Burada $k$ hız sabiti, $x$ ve $y$ ise A ve B'ye göre tepkime dereceleridir. $x$ ve $y$ değerleri deneysel olarak bulunur ve genellikle tam sayılardır (0, 1, 2 gibi).
- Verilen Bilgiler:
- Başlangıç derişimi $[A] = 0,1 \text{ M}$
- Başlangıç derişimi $[B] = 0,2 \text{ M}$
- Ölçülen başlangıç hızı $= 4 \times 10^{-3} \text{ M/s}$
- Sınırlılık: Sadece tek bir deney verisi ile $x$ ve $y$ tepkime derecelerini kesin olarak belirlemek mümkün değildir. Bunun için genellikle reaktanlardan birinin derişimi sabit tutulurken diğerinin derişiminin değiştirildiği birden fazla deney yapılması gerekir (başlangıç hızları yöntemi).
- Seçenekleri Değerlendirme: Ancak, soru bize olası hız ifadeleri seçeneklerini sunmuştur. Bu durumda, her bir seçeneğin verilen deneysel veriyle tutarlı olup olmadığını kontrol edebiliriz. Bir hız ifadesinin tutarlı olması için, verilen derişim ve hız değerleriyle hesaplanan $k$ hız sabitinin pozitif ve gerçek bir değer olması gerekir.
- A) Hız $= k[A][B]$ seçeneğini inceleyelim:
- Verilen değerleri yerine koyalım: $4 \times 10^{-3} \text{ M/s} = k \times (0,1 \text{ M}) \times (0,2 \text{ M})$
- $4 \times 10^{-3} = k \times 0,02$
- $k = \frac{4 \times 10^{-3}}{0,02} = \frac{4 \times 10^{-3}}{2 \times 10^{-2}} = 2 \times 10^{-1} = 0,2$
- Bu durumda hız sabiti $k = 0,2 \text{ M}^{-1}\text{s}^{-1}$ olarak bulunur. Bu, pozitif ve geçerli bir hız sabitidir.
- Diğer Seçeneklerin Durumu: Diğer seçenekler (B, C, D, E) için de benzer şekilde $k$ hız sabitleri hesaplandığında, her birinin pozitif ve geçerli bir $k$ değeri verdiği görülecektir. Bu durum, tek bir deney verisiyle birden fazla hız ifadesinin matematiksel olarak tutarlı olabileceğini gösterir.
- Sonuç ve Yorum: Sadece tek bir deney verisiyle kesin bir hız ifadesi belirleyemediğimiz durumlarda, seçenekler arasında en yaygın ve makul olanı tercih etmek gerekebilir. Kimyasal tepkimelerde, reaktanların her birine göre birinci dereceden olan hız ifadeleri (yani Hız $= k[A][B]$ gibi) oldukça sık rastlanan durumlardır ve genellikle tepkimenin hız belirleyici adımında bir A molekülü ile bir B molekülünün çarpıştığını düşündüren basit mekanizmalarla ilişkilendirilebilir. Bu nedenle, verilen seçenekler arasında, sınırlı bilgiyle en olası ve yaygın hız ifadesi olarak A seçeneği kabul edilebilir.
Cevap A seçeneğidir.
