Kimyasal Tepkime Denklemlerinin Denkleştirilmesi

Konu Anlatımı

Bu derste ne öğreneceğiz?

Bu derste Kimyasal Tepkime Denklemlerinin Denkleştirilmesi konusunu atomdan moleküle doğru kuracağız. Parçacıkların nasıl dizildiğini ve sayıların nereden geldiğini birlikte göreceğiz.

Dersten sonra şunları yapabiliyor olmanız gerekiyor:

• Kazanım 1: Denklem denkleştirmenin atom sayısı korunumu ile bağlantısını açıklamak
• Kazanım 2: Katsayıları en küçük tam sayılar hâlinde bulma yöntemini uygulamak
• Kazanım 3: Hidrojen ve karbon atomlarının öncelikli sayılarak denklem denetimi yapmak
• Kazanım 4: Yarı tepkime yöntemiyle elektron sayısını eşitleyebilmek
• Kazanım 5: Denklenmiş denklemden madde miktarı oranlarını okuyabilmek

Ön bilgi: bundan önce gördüğümüz

Bu derste Kimyasal Tepkime Türleri konusunu hatırlayarak ilerliyoruz. İki konu arasındaki bağı kurmak, ayrı ayrı ezberlemekten daha kalıcı bir öğrenme sağlar.

• Kimyasal Tepkime Türleri — bu adımda öğrendiklerimiz bugünkü konunun dayanağı oluyor.
• Kimyasal Tepkimelerin Oluşumu — bu derste kullandığımız temel kavram buradan geliyor.

Denkleştirme Neden Gerekli?

Kimyasal denklem, tepkimenin hangi maddelerle hangi maddelerden oluştuğunu gösteren kısa bir kayıttır. Ancak yazılan denklemin güvenilir olması için iki taraftaki atom sayılarının eşit olması şarttır. Bu eşitlik sağlanmazsa denklem denklem değildir; hiçbir kimyasal süreç böyle bir dengeyi gerçekleştiremez.

Denkleştirme, denklemin hangi tarafına ne kadar madde yazılacağını belirleyen bir işlemdir. Bunu yaparken denklemdeki formüllere dokunulmaz. Formüllere dokunmak, maddelerin gerçek yapısını değiştirmek anlamına gelirdi. Değiştirilebilir olan tek şey denklem başındaki katsayılardır.

Katsayıların Yazılma Kuralları

• Katsayılar en küçük tam sayılar hâlinde yazılır.
• Katsayı 1 olduğunda denklemde 1 rakamı yazılmaz.
• Kesirli katsayı kullanılmaz; gerekirse denklem bütün katsayılarla birlikte çarpılır.
• Süslü parantez içindeki sayılar katsayı değildir; onlar indeks gösterir ve değiştirilmez.

Atom Sayma Yöntemiyle Adım Adım Denkleştirme

En güvenilir yöntem, denkleme bakıp her elementin iki taraftaki atom sayısını karşılaştırmaktır. Sayı eşit değilse katsayıyı uygun bir tam sayıyla çarparak eşitliği kurarız. Karmaşık denklemlerde genellikle hidrojen ve karbon atomları en sona bırakılır, çünkü bu iki elementin sayımı diğerlerinden daha zahmetlidir.

Örnek olarak Al + HCl → AlCl₃ + H₂ denklemini ele alalım. Alüminyum için sağda bir atom vardır, solda ise hiç yoktur. Bu nedenle alüminyum katsayısı sağa yazılır. Klor için sağda üç atom vardır; HCl katsayısını üç yaparak eşitliği sağlarız. Kalan hidrojen atomu sayımı yapıldığında iki hidrojenin sağda bulunması gerektiği görülür ve hidrogenin katsayısı belirlenir. Sonuç 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂ biçiminde bir denklemdir.

Denklem Denetimi ve Kısmi Denklemler

Denklem yazıldıktan sonra mutlaka bir denetim yapılmalıdır. Denetimde yalnızca element sayıları değil, toplam molekül sayısı da karşılaştırılır. Kimyasal değişimde molekül sayısı korunmak zorunda değildir; ancak atom sayısı her zaman korunur. Örneğin 2H₂ + O₂ → 2H₂O denkleminde solda üç, sağda iki molekül vardır. Bu fark normaldir ve denklemi bozmaz.

Yarı tepkime yöntemi, elektron alışverişi içeren tepkimelerde kullanılır. Bu yöntemde oksitlenen ve basitlenen taraf ayrı ayrı yarı denklem hâline getirilir; her yarı denklemde elektron sayısı eşit olacak biçimde çarpılır ve sonra toplanır. Örneğin Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ yarı denkleminde iki elektron verilir. Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu yarı denklemi ise iki elektron alır. İki yarı denklem zaten aynı elektron sayısına sahip olduğundan doğrudan toplanır ve Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu net denklemi elde edilir.

İleri örnek

Manganez dioksitin derişik hidroklorik asitle tepkimesinde klor gazı açığa çıkmasının nedeni, klorun hem oksitlenip hem de klorür olarak kalabilmesidir. Klorun oksijen sayısı MnO₂ → MnCl₂ dönüşümündeki gibi 0 dan -1 e düşse de, açığa çıkan Cl₂ de klor 0 dır. Bu nedenle klorun bir kısmı oksitlenmiş, bir kısmı basitlenmiş görünür. Denklem MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O biçiminde yazılır; dört klor atomundan ikisi MnCl₂ de kalır, ikisi Cl₂ de çıkar.

Özet

Denkleştirme, denklemin iki tarafındaki atom sayılarını eşitleme işlemidir ve katsayıların en küçük tam sayı hâlinde yazılmasıyla yapılır. Katsayı 1 denklemde yazılmaz, kesirli katsayı kullanılmaz. Formüllerin kendisine dokunulmaz; süslü parantez içindeki indeksler katsayı değildir. Karmaşık denklemlerde hidrojen ve karbon en sona bırakılır. Denetimde atom sayıları eşit olmalı, molekül sayıları ise farklı olabilir. Elektron alışverişli tepkimelerde yarı denklemler ayrı ayrı yazılır, elektron sayıları eşitlendikten sonra toplanarak net denklem elde edilir. Denklenmiş denklemde katsayılar, madde miktarları arasındaki oranı da verir.

Sık Yapılan Hatalar

Çift sayılar arasında oran kurmamak: Katsayılar, molekül sayıları arasındaki en basit tam sayı oranını verir. Rastgele büyük sayılar yazmak denklemi bozmaz ama denklem denklem olmaktan çıkar ve kimyasal anlamını yitirir.

1 katsayısını da yazmak: Tek katsayılı maddelerde 1 rakamı yazılmaz. Bu bir yazım hatası olsa da bazı denklemlerde katsayısı belirsiz bırakıp denetimi güçleştirir.

Formül indekslerini katsayı sanmak: Ca(OH)₂ yazımındaki 2 sayısı katsayı değildir; bu sayı değiştirilirse madde başka bir bileşik olur. Katsayı yalnızca formülün hemen soluna yazılır.

Molekül sayısının korunması gerektiğini düşünmek: Denklemde molekül sayısı değişebilir, korunan yalnızca atom sayılarıdır. Bu nedenle sağdaki molekül sayısının soldakine eşit olmasını bekleyen öğrenciler denklemi hatalı bulur.

Günlük hayattan bir uygulama

Konuyu pekiştirmek için günlük hayattan bir uygulamaya bakmak gerekir. Aşağıdaki görev, Kimyasal Tepkime Denklemlerinin Denkleştirilmesi bilgisini gerçek bir işin içinde kullandırmak için hazırlandı; çözerken hangi adımı nerede kullandığımızı not etmek faydalıdır.

Uygulama sorusu: Al + HCl → AlCl₃ + H₂ denklemini adım adım denkleyerek her adımda hangi sayımı yaptığınızı açıklayınız.

Bu görev için 12 puan dağıtılmıştır; puanlama anahtarı, cevabın hangi adımlarla gösterilmesi gerektiğini ayrıntılı biçimde söyler. Puanlamada işlem sırasının ve sonuç cümlenin ayrı ayrı sayıldığına dikkat et.

Hızlı hatırlatma

• Denklem yazdıktan sonra her elementi ayrı bir listede saymak, gözden kaçan eşitsizlikleri hemen yakalar.
• Hidrojen ve karbonu en sona bırakmak, sayım işini belirgin biçimde kısaltır.
• Bir denklemde aynı element hem oksitlenip hem basitlenebilir; klorun MnO₂ tepkimesindeki durumu bunun canlı bir örneğidir.
• Denklem denetimi yaparken katsayıların toplamını da hesaplamak, sorularda sıkça karşılaşılan bir isteği karşılamanızı sağlar.
• Kesirli katsayı çıkarsa denklemin tamamını aynı sayıyla çarpmak, tek bir terki uygulamaktan her zaman daha güvenlidir.

Adım adım çözülmüş örnekler

İki örnek üzerinde çalışacağız. İlk örnek kuralın temel kullanımını, ikinci örnek ise kuralın zorlayıcı bir durumunu gösterir. Adımları kendin yazmayı dene; ikinci adımda nerede durduğunu görmek, sınavda zaman kazanır.

Alüminyumun hidroklorik asitle tepkimesi

Soru: Al + HCl → AlCl₃ + H₂ denklemi denklendiğinde katsayılar ne olur?

1. Alüminyum sağda tek atom olduğu için Al katsayısı 2 olur.
2. Sağda üç klor atomu bulunduğundan HCl katsayısı 6 seçilir.
3. Bu durumda altı hidrojen atomu sağda bulunmalıdır, dolayısıyla H₂ katsayısı 3 olur.

Cevap: Denklem 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂ biçiminde denklenir.

Bu örnekte adım sayısını not edin: kural her zaman aynı sayıda işlemle değil, kazanılması gereken bilgiye göre çözülür.

Demir oksidin karbonla indirgenmesi

Soru: Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂ denklemi denklendiğinde katsayılar ne olur?

1. Sağda üç karbondioksit bulunması için karbon monoksit katsayısı 3 olur.
2. Bu durumda üç karbon ve dokuz oksijen sağda olur.
3. Fe₂O₃ içindeki üç oksijen de hesaba katılınca demir katsayısının 2 olması gerektiği görülür.

Cevap: Denklem Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ biçiminde denklenir.

Kavram karşılaştırma tablosu

Bu derste geçen terimler birbirine yakın durur ve sınavda karıştırılır. Aşağıdaki tabloda her terimin anlamı ve sık karıştırılan karşılığı yan yana verilmiştir.

Kural, formül ve ölçü tablosu

Aşağıdaki tablo bu konudaki kuralları tek bakışta toplar. Karar verirken önce bu tabloya bakmak, kuralı hatırlamakta işe yarar.

Sık Yapılan Hatalar

Aşağıdaki hatalar bu konuda en sık görülenlerdir. Her biri için önce hatanın kendisi, sonra neden yanlış olduğu ve doğrusu anlatılmıştır.

• Çift sayılar arasında oran kurmamak: Katsayılar, molekül sayıları arasındaki en basit tam sayı oranını verir. Rastgele büyük sayılar yazmak denklemi bozmaz ama denklemin kimyasal anlamını yitirir.
• 1 katsayısını da yazmak: Tek katsayılı maddelerde 1 rakamı yazılmaz. Bu bir yazım hatasıdır ve denklem denetimi yapılırken katsayının belirsiz bırakılmasına yol açar.
• Formül indekslerini katsayı sanmak: Ca(OH)₂ yazımındaki 2 sayısı katsayı değildir; bu sayı değiştirilirse madde başka bir bileşik olur. Katsayı yalnızca formülün hemen soluna yazılır.
• Molekül sayısının korunması gerektiğini düşünmek: Denklemde molekül sayısı değişebilir, korunan yalnızca atom sayılarıdır. Sağdaki molekül sayısının soldakine eşit olmasını beklemek yanlıştır.
• Yarı denklemleri elektron sayısı eşitlenmeden toplamak: İki yarı denklemdeki elektron sayıları farklıysa uygun tam sayılarla çarpılmalıdır. Aksi hâlde toplama işlemi dengeyi bozar.

Özet

Kısaca: Kimyasal denklem denklendiğinde denklemin iki tarafındaki her elementin atom sayısı eşit olmalıdır. Denkleştirme sırasında maddelerin formülleri değiştirilmez, yalnızca denklemin başına katsayılar yazılır. Bu katsayılar en küçük tam sayılar hâlinde seçilir, katsayı 1 denklemde yazılmaz ve kesirli değer kullanılmaz. Süslü parantez içindeki indeksler katsayı değildir. Karmaşık denklemlerde hidrojen ve karbon atomları en son denklenir. Denetimde molekül sayısının değişebileceği ama atom sayısının korunacağı unutulmam…

Derste gördüğümüz ana fikirler şunlar:

• Denkleştirme sırasında maddelerin formülleri değiştirilmez, yalnızca katsayılar belirlenir.
• Katsayılar en küçük tam sayılar hâlinde yazılır; kesirli katsayı kullanılmaz.
• Katsayı 1 olduğunda denklemde 1 rakamı yazılmaz.
• Süslü parantez içindeki indeksler katsayı değildir, değiştirilemez.
• Hidrojen ve karbon atomları en zor sayılan elementlerdir, bu nedenle genellikle en son denklenir.
• Yarı tepkimelerde elektron sayıları eşitlenmeden yarı denklemler toplanmaz.
• Denklenmiş bir denklemde katsayılar, madde miktarları arasındaki oranı ifade eder.

Kendini dene

Aşağıdaki sorular konunun farklı yönlerini yoklar. Önce kendin çöz, sonra cevap anahtarına bak; eğer bir soruyu yanlış yaptıysan yukarıdaki ilgili bölüme geri dön.

1. Hidrojen sülfür ile kükürt dioksit tepkimesinde kükürt katsayısı kaç olmalıdır? (Şıklar: 1 · 2 · 3 · 4)
2. H₂ + Cl₂ → HCl denkleminde katsayılar nasıl yazılır? (Şıklar: H₂ + Cl₂ → 2HCl · 2H₂ + Cl₂ → 2HCl · H₂ + 2Cl₂ → 2HCl · 2H₂ + 2Cl₂ → 2HCl)
3. Bir denklemin denk sayılabilmesi için sağ ve sol tarafta eşit olması gereken nedir? (Şıklar: Molekül sayısı · Madde kütlesi · Gaz hacmi · Atom sayısı)

Cevap anahtarı: 1) 3 — Tepkime H₂S + SO₂ → S + H₂O biçimindedir. Kükürt dioksidin katsayısı bir alınırsa sağdaki oksijen atomları iki olur ve suyun katsayısı da iki olmak zorundadır. Hidrojen atomlarının eşitlenmesi için h…

2) 2H₂ + Cl₂ → 2HCl — Sağda iki hidroklorik asit molekülü olması için solda iki hidrojen ve bir klor molekülü bulunmalıdır. Klor sayısı zaten bir olduğundan Cl₂ katsayısı değişmez.

3) Atom sayısı — Denkleştirmenin temel koşulu her elementin atom sayısının iki tarafta eşit olmasıdır. Molekül sayısı değişebilir, kütle denklemin denetlenmesi için kullanılamaz ve gaz hacmi koşullara bağlıdır.

İlgili konular

Bu konuyu öğrenmek şu başlıkları da kolaylaştırır. Aynı üniteden ve sonraki üniteden ikişer konu seçtik:

• Graham Difüzyon ve Efüzyon Yasası — aynı ünitede, bir sonraki adım.
• Homojen ve Heterojen Karışımlar — sonraki ünitenin başlangıcı; konuyu genişletir.
• Çözünme Süreci ve Çözünürlük — sonraki ünitenin başlangıcı; konuyu genişletir.
• Derişim ve Derişim Hesaplamaları — sonraki ünitenin başlangıcı; konuyu genişletir.

Kaynak notu

Bu derste Kimyasal Tepkime Denklemlerinin Denkleştirilmesi konusu için kullanılan sayısal değerlerin tamamı adım adım gösterilerek hesaplandı; yaklaşık değer gereken yerde yaklaşık ifadesi açıkça yazıldı. Bu anlatım başka bir kitaptan cümle aktarmadan, konunun tanım ve kural düzeni yeniden yazılarak hazırlandı.

Ayrıca derste şu açık uçlu görevler yer alıyor; her biri puanlıdır ve kendi cevabını yazmanı ister:

• Al + HCl → AlCl₃ + H₂ denklemini adım adım denkleyerek her adımda hangi sayımı yaptığınızı açıklayınız. (12 puan)
• Yarı tepkime yöntemini kullanarak Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu tepkimesini elde edişinizi anlatınız. (12 puan)
• Denklem denkleştirmesinde katsayı yazma kurallarını ve bu kurallara uyulmazsa nelerin bozulabileceğini açıklayınız. (10 puan)