Kimyasal Denge Deney Foyu

KİMYASAL DENGE
AMAÇ
Bu deneyin amacı öğrencilerin reaksiyon denge sabitini,K, deneysel olarak bulmalarıdır.
TEORİ
Bir kimyasal tepkimenin yönü bazı reaksiyonlar için tek bazıları için ise çift
yönlüdür. Tek yönlü reaksiyonlar (tersinmez reaksiyonlar) sonlanabilen yani reaktiflerin
tamamen ürünlere dönüştüğü reaksiyonlardır. Bu reaksiyonlar için geri dönüş yoktur
yani aynı şartlarda ürünlerden tekrar reaktifleri elde edilemez, nötürleşme reaksiyonları
buna örnek verilebilir. Bu tip reaksiyonlar için ne kadar reaktiften ne kadar ürün elde
edilebileceği
veya
tersi
hesaplamaları
reaksiyon
denklemi
kullanılarak
basit
hesaplamalarla belirlenir.
Çift yönlü reaksiyonlar (tersinir reaksiyonlar) ise sonlanamayan yani reaktiflerin
ancak bir kısmının ürünlere dönüştüğü reaksiyonlardır. Örneğin birçok tuzun suda
çözünme reaksiyonu tersinirdir. Aynı şartlarda ürünlerden tekrar reaktifleri elde etmek
mümkündür. Bu tip reaksiyonlar aşağıdaki genel gösterimle anlatılır;
aA + b B
cC +dD
Reaktiflerle (A, B) reaksiyona başlandığında reaksiyon önce ürünler yönünde ilerler,
yani ürünler (C, D) oluşmaya, reaktifler harcanmaya başlar. Bir süre sonra, ortam
şartlarına (sıcaklık, basınç, hacim) bağlı olarak ürünlerin ve reaktiflerin konsantrasyonu
sabitleşir. Bu durumda sistem dengeye ulaşmıştır denilir. Bu denge dinamik bir dengedir
yani ürünlerin oluşma hızının, girenlerin bozunma hızına eşit olduğu durumdur. Şartlar
değişmedikçe bu denge sonsuza kadar sürer.
Her tersinir reaksiyon için denge hali birbirinden farklıdır. Bazılarında oluşan ürün
konsantrasyonu çok büyük olmasına karşılık bazı reaksiyonlarda ise bu miktar çok
küçük olabilir. Reaksiyonların denge halleri DENGE SABİTİ denen bir ifade ile anlatılır
ve hesaplanır. Denge sabiti K ile sembolize edilir. Tüm bilinen tersinir reaksiyonlar için
denge sabitleri deneysel olarak bulunmuş ve hesaplanmıştır. Denge sabitlerinin tespiti
için geliştirilmiş birçok metot vardır. K değerleri sıcaklığa bağlı olarak listeler halinde
kitaplarda verilir. Denge sabiti değerleri reaksiyondaki tüm türlerin derişimlerine (K c)
veya kısmi basınçlarına (Kp) bağlı olarak belirlenir.
Yukarıdaki genel reaksiyon için
denge sabiti ifadesi aşağıdaki gibi yazılır. Eşitliğe saf sıvı ve katılar yazılmaz.
[C]c [D]d
Kc =
[ A], [B], [C], [D ] : Molar derişimler
a
[A ] [B]
b
Reaksiyondaki türler gaz halinde iseler ayrıca K p sabiti de hesaplanabilir.
PCc . PDd
Kp =
PC , PD , PA , PB : Kısmi basınçlar
PAa . PBb
Dengedeki bir sisteme bir dış etki uygulandığında ( madde ilavesi, basınç veya
sıcaklık değişikliği vs.) denge bozulur. Sistem dengeye gelmek için o etkiyi azaltacak
yönde hareket ederek tekrar dengeye ulaşır. Bu Le Chatelier prensibi olarak bilinir.
Denge sabitleri, zayıf asit ve bazların sudaki iyonlaşma dengeleri için asitlik ve
bazlık sabitleri (Ka, Kb) , kompleks oluşum reaksiyon dengeleri için kompleks oluşum
denge sabiti (Kolş), az çözünen tuzların iyon dengeleri için çözünürlük çarpımı (K çç),
suyun iyonlaşma dengesi için Ksu şeklinde ifade edilirler.
Kolorimetrik Olarak Kompleks Oluşum Denge Sabitinin Tayini
Bu deneyde, Fe3+ ile tiyosiyanat (SCN-) iyonları arasında gerçekleşen ve FeSCN 2+
(Demir-3-tiyosiyanat) kompleksinin oluştuğu reaksiyonun denge sabiti değeri tayin
edilecektir. Aşağıdaki tepkime için,
Fe3+ + SCN-
FeSCN2+
denge ifadesi şöyledir:
K
FeSCN 
Fe SCN 
2
3

K denge sabiti değerini hesaplamak için sistem denge halinde iken her bir iyonun,
Fe3+, SCN-, FeSCN2+, derişimini bilmek gerekir. FeSCN 2+ koyu kırmızı renkli bir
kompleks iyondur ve çözeltideki derişimi 6.4 x 10 -6 M olduğu zaman bile rengini insan
gözü fark edebilmektedir. Bu reaksiyonun denge sabiti oldukça büyüktür, yani Fe 3+ ve
SCN- ‘ın büyük bir kısmı FeSCN2+ kompleksine dönüşür. Renk şiddetine bakılarak bu
reaksiyonun denge sabitini hesaplamak mümkündür.
Renk şiddetine (yoğunluğuna) bağlı olarak yapılan analizlere KOLORİMETRİK
analizler denir. Bir çözeltinin renginin koyuluğu, içindeki renkli maddelerin derişimi ve
çözelti derinliği artıkça artar. Aynı tür renkli madde içeren farklı derişimde fakat eşit
derinliğe sahip iki ayrı çözeltiye bakıldığında aralarındaki renk farkı açıkça gözlenir,
derişik çözelti daha koyu görünür. Aynı şekilde bu defa derişimleri eşit fakat çözelti
yükseklikleri (derinlikleri) farklı çözeltiler karşılaştırıldığında derinliği fazla olan örneklerin
renk şiddetlerinin daha büyük olduğu gözlenir (çözeltilere yukardan aşağıya doğru
bakılır).
Elinizde içinde aynı tür renkli maddeler bulunan 1 ve 2 nolu tüpler varsa ve bunlara
bakıldığı zaman aynı koyulukta görünüyorsa, 1 nolu tüpteki çözeltinin derişimi ile
yüksekliğinin çarpımı, 2 nolu tüpteki çözeltinin derişimi ile yüksekliğinin çarpımına eşittir.
Bu kıyaslamalarla derişimi bilinen çözeltiler (standart çözeltiler) kullanılarak derişimi
bilinmeyen çözeltilerin analizi yapılabilir.
h1,h2: çözelti derinliği (yüksekliği)
h1 x C 1 =
h2 x C2
C1 , C2 : çözelti derişimleri
FeSCN2+ iyonlarının derişimini bulabilmek için, derişimi bilinen standart bir FeSCN 2+
çözeltisine gereksinim vardır. Böyle bir çözeltiyi, SCN - derişimi düşük olan bir çözeltiye
aşırı miktarda Fe3+ ekleyerek elde edebilirsiniz. Fe 3+ ilavesiyle reaksiyon başlar ve
dengeye gelene kadar ürünler yönünde ilerler. Sistem dengeye ulaşmak için aşırı Fe 3+
derişimini azaltmalıdır, bu da az olan SCN - iyonlarının çok büyük bir kısmının
harcanması demektir. Böylece bütün SCN-, FeSCN2+ ye dönüşmüş kabul edilebilir. Bu
durumda oluşan FeSCN2+ ın derişimi SCN- nin başlangıç derişimine eşit alınır ve bu
kabul hesaplamalarda önemli bir hata getirmeyecektir.
DENEYSEL KISIM
Gerekli Madde ve Malzemeler
0.002 M SCN- (tiyosiyanat) çözeltisi
0,2 M ve 0,02 M Fe3+ çözeltileri
5.0 mL veya 10 mL’lik derecelendirilmiş pipet
6 deney tüpü
Cetvel
Farklı Derişimlerde Kompleks Çözeltilerin Hazırlanması
1. Çapları eşit olan 6 deney tüpünü temiz değillerse önce musluk suyu ile sonra da
damıtık su ile iyice yıkayın ve numaralandırın.
2. Her bir tüpe 5.0 mL 0.002 M NaSCN çözeltisinden koyun.
3.
Birinci tüpe 5.0 mL 0.2 M Fe 3+ çözeltisi ekleyin. Bu tüp sizin standart FeSCN 2+
çözeltiniz olacaktır.
4. İkinci tüpe 0.2 M’lık Fe3+ çözeltisinden 2,0 mL,
Üçüncü tüpe 0.2 M’lık Fe3+ çözeltisinden 1,0 mL,
Dördüncü tüpe 0.02 M’lık Fe3+ çözeltisinden 3,0 mL,
Beşinci tüpe 0.02 M’lık Fe3+ çözeltisinden 1,0 mL,
Altıncı tüpe 0.02 M’lık Fe3+ çözeltisinden 0.5 mL, ilave ediniz.
Not: İlaveleri pipetle yapınız.
5. Çözeltilere toplam hacimleri 10 mL olacak şekilde pipetle saf
su ilave ediniz.
Çözelti Renk Şiddetlerinin Karşılaştırılması
1. Tüplerdeki FeSCN2+ ‘ın derişimi 1 nolu tüpdeki standart FeSCN 2+ çözeltisinin rengi
ile karşılaştırarak bulunacaktır. Bunun için karşılaştırılacak tüpü alın, standart tüp
ile yan yana tutarak beyaz bir zemin üzerinde yukarıdan aşağıya doğru çözeltilere
bakın. Eğer renk koyulukları aynı ise, iki çözeltinin yüksekliklerini bir cetvelle ölçün
ve kaydedin.
2. Çözeltilerin renk şiddetleri aynı değilse, rengi daha koyu olan çözeltiyi alın (1 nolu
tüp) ve içindeki çözeltinin bir kısmını temiz kuru bir tüpe renk şiddetleri aynı
görünecek miktarda aktarın. Bu işlemi kontrollü bir şekilde kısım kısım deneyerek
yapın (bu ayrılan kısım tekrar kullanılabilir, dökmeyin) ve renk şiddetlerini eşit hale
getirin. Eş renkli tüplerdeki çözeltilerin yüksekliklerini ölçün ve kaydedin. Tüm
deney tüpleri için bu işlemi yapın.
Hesaplamalar
1. Standart çözeltinin FeSCN2+ konsantrasyonu teorik kısımda anlatıldığı gibi ilave
edilen SCN- konsantrasyonuna eşit kabul edilir. Bu derişimi seyrelmeleri de
dikkate alarak hesaplayınız.
2. 2-6 çözeltilerindeki Fe3+ ve SCN- ‘ın başlangıç derişimlerini hesaplayınız.
3. 2-6 çözeltilerinin dengedeki FeSCN 2+ derişimini h1 x C1 = h2 x C2 eşitliğini
kullanarak hesaplayınız.
4. 2-6
çözeltilerin
dengedeki
Fe3+
ve
SCN-
derişimlerini
başlangıç
konsantrasyonlarından dengedeki FeSCN 2+ ‘ın konsantrasyonunu çıkararak
hesaplayınız.
Örnek : [ Fe3+] = [ Fe3+]0 - [ FeSCN2+]
5. 1 nolu tüp dışında her bir çözelti için K değerini hesaplayınız.
NOT : Hesaplamalarınızı rapor kağıdının arkasında gösteriniz.
Hazırlayanlar : Yrd.Doç.Dr.Mehmet Sankır
Rapor Kağıdı 1
KİMYASAL DENGE
Öğrenci Adı:
Tarih:
Laboratuar Grubu:
Asistan adı ve imzası:
VERİLER
Test tüp
Çözeltinin yüksekliği,cm
Standart çözeltinin yüksekliği, cm
2
3
4
5
6
SONUÇLAR
Test
Tüp
Başlangıç derişimleri
[Fe3+]0
1
2
3
4
5
6
[SCN-]0
Denge derişimleri
[FeSCN2+]
[Fe3+]
[SCN-]
K
-
-
-
-
SORULAR
1. Deneysel olarak belirlediğiniz beş ayrı K değerinden sizce hangileri daha
güvenilir veya doğrudur, neden?
2. 1. tüpteki FeSCN2+ derişimini SCN-‘ ın başlangıç derişimine eşit kabul ettiniz. Bu
doğru bir kabulmüdür? % hatayı hesaplayarak yorumlayınız. Deney sonucu elde
ettiğiniz en iyi K değerini kullanarak standart çözeltideki SCN - derişimini
hesaplayabilirsiniz.
CEVAPLAR
Rapor Kağıdı 2
KİMYASAL DENGE
Öğrenci Adı:
Tarih:
Laboratuar Grubu:
Asistan adı ve imzası:
VERİLER
Test tüp
Çözeltinin yüksekliği,cm
Standart çözeltinin yüksekliği, cm
2
3
4
5
6
SONUÇLAR
Test
Tüp
Başlangıç derişimleri
[Fe3+]0
1
2
3
4
5
6
[SCN-]0
Denge derişimleri
[FeSCN2+]
[Fe3+]
[SCN-]
K
-
-
-
-
SORULAR
3. Deneysel olarak belirlediğiniz beş ayrı K değerinden sizce hangileri daha
güvenilir veya doğrudur, neden?
4. 1. tüpteki FeSCN2+ derişimini SCN-‘ ın başlangıç derişimine eşit kabul ettiniz. Bu
doğru bir kabulmüdür? % hatayı hesaplayarak yorumlayınız. Deney sonucu elde
ettiğiniz en iyi K değerini kullanarak standart çözeltideki SCN - derişimini
hesaplayabilirsiniz.
CEVAPLAR