malzeme ve enerji denklikleri - Kimmuh.com · 2007-07-05 · Page 10 Örnek Pizza 455°F’da...

Malzeme ve Enerji Malzeme ve Enerji DenklikleriDenklikleri

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN

• Stokiyometrik Hesaplamalar;• Madde Denkliği Hesaplamaları; • Isı Denkliği; • Reaksiyon Çeşitleri; • Termokimyasal Prensiplerin Uygulaması; • Seçilmiş Proseslerde Madde ve Isı

Denklikleri Uygulamaları.

Kimya !!!• Temel bilimlerden biri olan kimya, genel

anlamda madde, maddenin değişimi ve madde-enerji ilişkilerini inceleyen bilim dalıdır.

• Daha özel bir tanım yapılacaksa; "kimya, kimyasal reaksiyon denilen madde değişimlerini konu almaktadır", denilebilir.

• Şüphesiz hiçbir bilim dalı kesin sınırlar ile diğerlerinden ayrılamaz. Kimya bilimi içinde de başta fizik ve matematik olmak üzere diğer bilim dallarına ait bilgilerin yer alması doğaldır.

1. Organik Kimya•• Organik , karbon iOrganik , karbon iççeren eren

maddeler maddeler üüzerine zerine ççalalışışmalardmalardıır.r.

•• Organik Kimya ise karbon Organik Kimya ise karbon bilebileşşiklerinin adlandiklerinin adlandıırrıılmaslmasıı, , sentezi, yapsentezi, yapıı ve ve fonksiyonlarfonksiyonlarıı üüzerine zerine ççalalışışmalardmalardıır.r.

•• Alkoller, aromatik bileAlkoller, aromatik bileşşikler, ikler, petrol ve tpetrol ve tüürevleri, dorevleri, doğğal al gazlar organik bilegazlar organik bileşşiklerdir.iklerdir.

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN 2007


2. İnorganik Kimya•• Karbon iKarbon iççermeyen ermeyen

maddeler maddeler üüzerine zerine ççalalışışmalardmalardıır.r.

•• İİnorganik kimya norganik kimya ççalalışışmalarmalarıı, karbonsuz , karbonsuz bilebileşşiklerin iklerin adlandadlandıırrıılmaslmasıı, yap, yapıı, , fonksiyon ve sentezlerini fonksiyon ve sentezlerini iiççerir.erir.

•• Seramikler, metaller, Seramikler, metaller, cam inorganik cam inorganik maddelerdendir.maddelerdendir.

3. Biyokimya• Biyokimya, bitki, hayvan

ve mikroorganizma biçimindeki bütün canlıların yapısında yer alan kimyasal maddeleri ve canlının yaşamıboyunca sürüp giden kimyasal süreçleri inceleyen bilim dalıdır.

•• Biyoloji ve Kimya Biyoloji ve Kimya arasarasıında knda kööprprüüoluoluşşturur.turur.

4. Fizikokimya•• Fizikokimya, kimyanFizikokimya, kimyanıın n

fiziksel afiziksel aççııklamasklamasııddıır.r.•• Fiziksel kimya, organik Fiziksel kimya, organik

ya da inorganik, yalya da inorganik, yalıın n ya da karya da karışıışım m halindeki kimyasal halindeki kimyasal sistemleri fizik sistemleri fizik yasalaryasalarıı yyööntemleriyle ntemleriyle inceleyen bilim dalinceleyen bilim dalııddıır.r.

•• FizikokimyanFizikokimyanıın n ççooğğu u hesaplamaya hesaplamaya dayaldayalııddıır.r.

Fizikoyu geçenlerden biri !!

5. Analitik Kimya•• AnalAnaliititik kimya, k kimya,

yyüüksek doksek doğğrulukta rulukta ööllçüçümlere dayalmlere dayalııççalalışışmalardmalardıır.r.

•• KimyasallarKimyasallarıın yapn yapııve bileve bileşşimlerinin imlerinin belirlenmesi.belirlenmesi.



ÖÖllçüçümler ve mler ve İİnceleme Tiplerinceleme Tipleri

•• Reaksiyonlardaki incelemeler, Reaksiyonlardaki incelemeler, fiziksel hali, rengi gibi defiziksel hali, rengi gibi değğiişşimleri imleri iiççeriyorsa bu Kalitatif analizdir.eriyorsa bu Kalitatif analizdir.

•• EEğğer incelemeler miktarer incelemeler miktarııyla yla ilgiliyse Kantitatif analizdir.ilgiliyse Kantitatif analizdir.

——ÖÖllçüçümlerde mlerde SI SI birimleri birimleri kullankullanııllıır.r.

SI SI ööllçüçümlerimleri•• Le Le SystSystèèmeme international international

d'unitd'unitééss•• SI birim sistemine resmi olarak SI birim sistemine resmi olarak

uyum sauyum sağğlamamlamamışış iki iki üülke vardlke vardıı. . Liberia (Liberia (batbatıı Africa) Africa) ve ve Myanmar Myanmar (Burma, (Burma, ggüüneybatneybatıı Asia), Asia), fakat fakat şşimdi dimdi düüzenli olarak metrik zenli olarak metrik sisteme gesisteme geççmektedirler.mektedirler.

•• MetrikleMetrikleşşme bir anda olabilecek me bir anda olabilecek bir olay debir olay değğildir. ildir.

•• ABD resmi olarak SI birim ABD resmi olarak SI birim sistemine sistemine 18661866’’da uyum da uyum sasağğlamlamışışttıır.r.--..

ÖÖllççmede Standartmede Standart

Bir Bir ööllçüçüm yaptm yaptığıığımmıızda, standart bir dezda, standart bir değğerle erle karkarşışılalaşşttıırma yapmak irma yapmak iççin in ööllçüçüm aletlerini m aletlerini kullankullanıırrıız.z.

ÖÖllçüçüme Bame Başşlamalama

Her bir Her bir ööllçüçümde birmde bir

♦♦Rakam Rakam

♦♦ BirimBirim

Rakam Rakam ööllçüçümmüün don doğğruluruluğğunu gunu gööstermelidir.stermelidir.



ÖÖLLÇÜÇÜM BM BİİRRİİMLERMLERİİMetrik sisteme dayalMetrik sisteme dayalıı olarak olarak SI SI

birimleribirimleri kullankullanııllıırr

UzunlukUzunluk

KKüütletle

HacimHacim

ZamanZaman

SSııcaklcaklııkk

Metre , mMetre , m

Kilogram, kgKilogram, kg

SSaniyeaniye, s, ssantigratsantigrat dederecerece, , ˚̊CCkelvinkelvin, K, K

Litre, LLitre, L

KKüütle ve Atle ve Ağığırlrlııkk

•• KKüütletle: : Maddenin Maddenin miktarmiktarııddıır.r. (gram)(gram)

•• AAğığırlrlııkk: : Bir Bir cisme uygulanan cisme uygulanan kküütle tle ççekim ekim kuvvetidir.kuvvetidir.((Newton NNewton N))

Kütlesi 1 kg olan bir cisim:Güneş'te 247.2 N Merkür'de 3.70 N Venüs'te 8.87 N Dünya'da 9.81 N Ay'da 1.62 NMars'ta 3.77 N Jüpiter'de 23.30 N Satürn'de 9.2 N Uranüs'de 8.69 N Neptün'de 11 N Plüton'da 0.06 N'dur.

BazBazıı ööllçüçüm aletlerim aletleri

Aşağıdakileri ölçmek için hangi cihazıkullanırızA. sıcaklıkB. hacimC. zamanD. ağırlık

Örnek

EEşşleleşştirtir L) L) uzunlukuzunluk M) M) kküütletle V) V) hacimhacim

____ A. 4.6 kg____ A. 4.6 kg domatesdomates..

____ B. 2.0 m ____ B. 2.0 m uzunluuzunluğğundaki adamundaki adam..

____ C. 0.50 g Aspirin.____ C. 0.50 g Aspirin.

____ D. 1.5 L ____ D. 1.5 L susu..

M

L

M

V



SI harici

A.A. uzunlukuzunluk ininçç, foot, yard, mil , foot, yard, mil

B.B. hacimhacim galongalon

C.C. aağığırlrlııkk ononss, pound (lb), ton, pound (lb), ton

D.D. ssııcaklcaklııkk °°FF

MetriMetrik k ÖÖn eklern ekler•• KiloKilo-- birimin birimin 1000 1000 katkatıı demektirdemektir

––1 1 kilometkilometrere (km) = 1000 met(km) = 1000 metrere (m)(m)

•• CentiCenti-- birimin 1birimin 1/100 /100 kadarkadarııddıırr

––1 met1 metrere (m) = 100 (m) = 100 santimetresantimetre (cm)(cm)

––1 1 dolardolar = 100 cent= 100 cent

•• MilliMilli-- biriminbirimin 1/1000 1/1000 kadardkadardıııırr

––1 Lit1 Litrere (L) = 1000 (L) = 1000 mililitmililitrere ((mLmL))

MetriMetrikk ÖÖneklernekler MetriMetrikk ÖÖneklernekler



Uzunluk birimleriUzunluk birimleri•• ? ? kilometkilometrere (km) = 500 met(km) = 500 metrere (m)(m)

•• 2.5 met2.5 metrere (m) = ? (m) = ? santimetresantimetre (cm)(cm)

•• 1 1 santimetresantimetre (cm) = ? (cm) = ? milimetmilimetrre (mm)e (mm)

•• 1 1 nanometnanometrere (nm) = 1.0 x 10(nm) = 1.0 x 10--99 metmetrere

O—H distance =9.4 x 10-11 m9.4 x 10-9 cm0.094 nm

OO——H distance =H distance =9.4 x 109.4 x 10--11 11 mm9.4 x 109.4 x 10--9 9 cmcm0.094 nm0.094 nm

Eşitlikler

ÖÖllçüçümmüün iki farkln iki farklıı birimde yapbirimde yapıılmaslmasıı durumundadurumunda

uzunlukuzunluk

10.0 in.10.0 in.

25.4 cm25.4 cm

1. 1000 m = 1 1. 1000 m = 1 ______ a) mm b) km c) dma) mm b) km c) dm

2. 0.001 g = 1 2. 0.001 g = 1 ___ ___ a) mg b) kg c) dga) mg b) kg c) dg

3. 0.1 L = 1 3. 0.1 L = 1 ______ a) a) mLmL b) b) cLcL c) dLc) dL

4. 0.01 m = 1 ___ 4. 0.01 m = 1 ___ a) mm b) cm c) dma) mm b) cm c) dm

Örnek DDöönnüüşşüüm Faktm Faktöörlerirleri

Örnek: 1 in. = 2.54 cm

Faktör: 1 in. ve 2.54 cm 2.54 cm 1 in.



2.5 saat kaç dakikadır?

Dönüşüm faktörü

2.5 2.5 saatsaat x x 60 60 dakikadakika = 150 = 150 dakikadakika1 1 saatsaat

sadeleştir

Örnek

1.4 gün kaç saniyedir?

Yol : gün saat dakika saniye

1.4 gün x 24 saat x ??1 gün

Çözüm

Yol : gün saat dakika saniye

1.4 gün x 24 saat x 60 dak x 60 s1 gün 1 saat 1 dak

= 1.2 x 105 sn

Dikkat !

AAşşaağığıdaki daki çöçözzüümde ne mde ne yanlyanlışışttıırr ??

1.4 1.4 ggüünn x x 1 1 ggüünn x x 60 60 dakdak x x 60 s60 s24 24 sasa 1 1 sasa 1 1 dakdak



İİngiliz ve Metrik sistem ngiliz ve Metrik sistem ddöönnüüşşüümmüü

•• EEğğer der döönnüüşşüüm faktm faktöörrüünnüübiliyorsanbiliyorsanıız z herherşşeyieyiddöönnüüşşttüürebilirsiniz rebilirsiniz !!

•• ÖÖrnekrnek::––KKüütletle: : 454 gram = 1 pound454 gram = 1 pound––UzunlukUzunluk: 2.54 cm = 1 in: 2.54 cm = 1 inçç––HacimHacim: 0.946 L = : 0.946 L = 946 mL946 mL

SSııcaklcaklıık Birimlerik Birimleri•• FahrenheitFahrenheit

•• CelsiusCelsius

•• KelvinKelvin

Anders Celsius1701-1744

Lord Kelvin(William Thomson)1824-1907

SSııcaklcaklıık Birimlerik Birimleri

Unutma sıcaklık farkında ∆T1 1 kelvinkelvin = 1 = 1 santigrat derecesantigrat derece

Suyun Suyun kaynama kaynama noktasnoktasıı

Suyun donma Suyun donma noktasnoktasıı

CelsiusCelsius

100 100 ˚̊CC

0 0 ˚̊CC

100100˚̊CC

KelvinKelvin

373 K373 K

273 K273 K

100 K100 K

FahrenheitFahrenheit

32 32 ˚̊FF

212 212 ˚̊FF

180180˚̊FF

SSııcaklcaklığıığı kullanarak kullanarak hesaplamahesaplama

•T (K) = t (˚C) + 273.15

• Vücut sıcaklığı = 37 ˚C + 273 = 310 K

• Sıvı azot = -196 ˚C + 273 = 77 K

•• T (K) = t (T (K) = t (˚̊C) + 273.15C) + 273.15

•• VVüücut scut sııcaklcaklığıığı = 37 = 37 ˚̊C + 273 = 310 KC + 273 = 310 K

•• SSııvvıı azot azot = = --196 196 ˚̊C + 273 = 77 KC + 273 = 77 K



FahrenaytFahrenayt ((FahrenheitFahrenheit)) ÇÇevirimievirimi

SSııffıır noktasr noktasıı : 0: 0°°C = 32C = 32°°FF

°°F = 9/5 F = 9/5 °°C + 32C + 32

Santigrat (Santigrat (CelsiusCelsius)) ÇÇevirimievirimi

TT°°CC ‘‘yi elde etmek iyi elde etmek iççin yeniden din yeniden düüzenleyelimzenleyelim°°F F = = 9/5 9/5 °°C + 32C + 32

°°F F -- 32 = 32 = 9/5 9/5 °°C ( +32 C ( +32 -- 32)32)

°°F F -- 3232 = = 9/5 9/5 °°CC

9/5 9/5 9/59/5

((°°F F -- 32) * 5/9 = 32) * 5/9 = °°CC

ÖÖrnekrnek

Bir Bir hhipotermiipotermi (v(vüücut cut ııssııssıınnıın normalin altn normalin altıına na ddüüşşmesi)mesi) hastashastasıınnıın vn vüücut scut sııcaklcaklığıığı 29.129.1°°CC’’dirdir. . °°FFolarak nedir olarak nedir ? ?

°°F F = = 9/5 (29.19/5 (29.1°°C) + 32C) + 32= = 52.4 + 3252.4 + 32

= = 84.484.4°°FF

ÖÖrnekrnek

İİskete kuskete kuşşunun normal sunun normal sııcaklcaklığıığı 105.8105.8°°FF’’ddıır.r. °°CColarak nedir olarak nedir ??1) 73.8 1) 73.8 °°C C 2) 58.8 2) 58.8 °°CC3) 41.0 3) 41.0 °°CC



Örnek

Pizza 455°F’da pişirilir. Kaç °C’de pişmiştir ?1)1) 437 437 °°CC

2) 2352) 235°°CC

3) 2213) 221°°CC

Sıcaklık

• Termal denge halinde bulunan bir maddenin moleküllerinin kinetik enerjilerinin toplamının bir ölçüsü olarak tanımlanır.

• Sıcaklık ısı iletiminin yürütücü kuvvetidir. Isıiletimi için sistem ile çevresi arasında bir sıcaklık farkının bulunması gereklidir.

• 1 ∆K = 1 ∆ °C

Sıcaklık Birimleri Çevrim Tablosu

1(t °C) + 2735/9.(T °R)(T °F – 32).5/9+273K(T K) – 27315/9(T °R) – 273(T °F – 32).5/9°C1,8.(T K)1,8.(t °C) + 491,691(T °F) + 459,69°R1,8.(T K – 273)+321,8.(t °C) + 32(T °R) – 459,691°F

Kelvin (°K)Celcius (°C)Rankin (°R)Fahrenheit (°F)Sıcaklık

Basınç

Basınç birim yüzeye düşen kuvvet olarak tanımlanır.

AFP =

SI birim sisteminin basınç birimi Pascal’dır. 1 Pascal’lıkbasınç oldukça düşük bir basınçtır. Mühendislik hesaplarında büyük basınçlar söz konusu olur. Bu nedenle mühendislikte genellikle kiloPascal kP veya megaPascal MP kullanılır.



Basınç Birimleri Çevrim Tablosu

151,7150,0680460,0703050,06894876894,7Psi0,01933711,3158.10-31,3595.10-31,3332.10-3133,3224Torr14,69676011,0332271,013251,01325.105Atm14,2235735,5590,96784110,9806250,980665.105Atü14,504750,0620,9869231,0197161105Bar1,4504.10-47,50062.10-30,986923.10-51,0197.10-510-51Pa

psiTorrAtmatüBarN.m-2 = Pa

Enerji

• Enerji iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanır. Doğadaki bütün olayların yürütücü kuvveti olan enerji, çeşitli şekillerde kendini gösterir.

• Enerji konusu esas olarak termodinamiği ilgilendirir. Ancak endüstriyel uygulamalarda daima mekanik enerji (potansiyel ve kinetik), elektrik enerjisi, kimyasal nenerji ve ısı enerjisinin kullanılması gerekir.

Enerji Birimleri Çevrim Tablosu

16,24.10112,778.10-149,868.10-119,4697.10-112,39.10-810-7Erg

1,60.10-1214,48.10-261,592.10-181,528.10-223,83.10-201,60.10-19EV

3,6.10132,232.1025135,52.1063,410.1038,606.1053,6.106KWh

1,0133.1066,282.101728,15.10-919,59826.10-50,0242170,101325cm3.atm

1,056.10106,545.1021293,24.10-61,04186.1041252,3091055,66BTU

4,19.1072,61.10191,162.10-641,2933,96340.10-314,184Cal

1076,20.10182,7778.10-79,8699,488.10-40,23901Jolue

ergEVKWhcm3.atmBTUcalJ

Güç Birimleri Çevrim Tablosu

13,9660,8570,118561,162641,5808.10-3Kcal.hr-1

0,25213910,216129,47.10-30,41463,9293.10-4Btu.hr-1

1,166824,627310,136371,35621,8182.10-3Ibf.ft.s-1

8,434533,93257,3331519,806650,013333Kpm.s-1

0,86033,4120,73730,101971611,3405.10-3W632,612545550757461HPkcal.hr-1Btu.hr-1Ibf.ft.s-1kpm.s-1WHP



Örnek

Bir borudan akan hava için basitleştirilmiş ısı transfer eşitliği ;

4.0

6.0

026.0DGh =

Burada ; h : Btu/(hr)(ft2)(°F) biriminde ısı transfer katsayısı

G : Ibm/(hr)(°F) biriminde kütle akış hızı

D : ft biriminde borunun dış çapı

Olduğuna göre h, cal/(dak)(cm2)(°C) biriminde olduğunda 0.026 katsayısı ne olur ?

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

CF

cminc

incft

dakBtuFftsaDsacalBtuGh 0

022

024.0

6.0

18.1

54.21

121

601))()((1252026.0

h = 2.11x10-4 G0.6 cal / D0.4 (dak)(cm2)(°C)

Örnek

• Havanın ortalama molekül ağırlığını hesaplayınız

• Mort=M1.X1 + M2.X2 = 32x0.21 + 28x0.79 = 28.84 g/mol

Örnek

• Bir tank % 30 CS2 , % 40 CO ve % 30 CH4bileşimine sahip bir gaz içermektedir. Buna göre gazın ortalama molekül ağırlığı nedir ?

Mort = 0.30x76 + 0.40x28 + 0.30x16 = 38.8 g/mol



MADDE DENKLİĞİ• Madde denkliği Kütlenin Korunumu Kanunu’na

dayanılarak kurulur. İlk olarak Lavoisiertarafından ortaya konulan bu kanuna göre “Çekirdek reaksiyonlarının olmadığı işlemlerde kütle kaybolmaz ve yeni kütle oluşmaz.İşlem sırasında fiziksel ve kimyasal değişmelerin oluşması toplam kütlede bir değişiklik yaratmaz.”

Başlangıçtaki maddelerin kütlesi = Son halde bulunan maddelerin kütlesi

Madde Denkliği Kurulmasında genel ilke ve kurallar

• Kimyasal reaksiyonların olmadığı işlemlerde madde denkliğini hem elementlerle hem de bileşiklerle kurmak mümkündür.

• Madde denkliği, kg veya mol gibi kütlesel birimlerle kurulmalıdır. Hacim, sıcaklık ve basınç etkisi ile denklik kurulmaz.

• Hesaplanması istenilen bilinmeyen sayısı kadar birbirinden bagımsız madde denklikleri kurulmalıdır.

• Bir problemin çözümünde yapılacak ilk iş, işleme giren veya çıkan maddelerin veya bileşenlerden birinin belli bir miktarını hesaplamaya “temel”seçmektir.

• Uygun bir temel seçimi ile hesaplar birleştirilir ve problem kısa yoldan çözülebilir.

• Gaz yada gaz karışımları ile ilgili işlemlerde, genellikle 100 mol gaz temel seçilir.

• Katı haldeki maddelerin toplam kütlesinin temel seçilmesi uygundur. Eğer işleme giren veya çıkan bileşenlerin kütlesel yüzdeleri biliniyorsa temel olarak 100 kg alınır.

Örnek

• Bir demiroksit minerali analiz edilmeden önce havada kurutulmaktadır. Kurutma sırasında % 8 ağırlık kaybı olmaktadır. Havada kurutulmuşnumunenin analizi aşağıdaki gibidir :Fe2O3 : % 85.5 Nem : % 4.5 Yabancı Madde : % 10

• Bu mineralin ıslak haldeki bileşim yüzdesini hesaplayınız.



• Temel : Kurutulmuş 100 kg mineral

Kurutulmadan önceki kütlesi (X) olsun

X – 0.08 X = 100 ⇒ X = 108.7 kg

Kurutmadan önceki mineral bileşim

Fe2O3 : (85.5/108.7)100 = % 78.7Mineraldeki toplam su : (108.7-100)+4.5 = 13.2Nem : (13.2/108.7)100 = % 12.1Yabncı madde : (10/108.7)100 = % 9.2Toplam : 78.7 + 12.1 + 9.2 = 100

Örnek

• 100 kg demir tozu ve 100 kg kükürt yüksek sıcaklıkta eritilerek Fe + S ⇒ FeS reaksiyona sokulmaktadır. Reaksiyon sonunda 130 kg demirsülfür oluşmaktadır. Buna göre :

• Sınırlayıcı reaktanı• Artan maddeyi• Reaksiyon verimini hesaplayınız

• Temel : 100 kg demir tozu + 100 kg kükürt tozu• Demir mol sayısı : 100 / 56 = 1.786 kmol• Kükürt mol sayısı : 100 / 32 = 3.125 kmol

• Reaksiyona göre 1 mol Fe ile 1 mol S reak girer• Bu durumda sınırlayıcı madde demirdir• Artan madde ise 3.125 – 1.786 = 1.339 kmol S

• Oluşan FeS mol sayısı : 130 / 88 = 1.477 kmol FeS• Reaksiyon verimi ise : (1.477 / 1.786)100 = % 82.7

Örnek

• Kuru havanın hacimsel bileşimi aşağıdaki gibidir :• O2 : % 20.95 N2 : % 78.08 Ar : % 0.94 CO2 : % 0.03• A) Havanın ortalama molekül ağırlığını• B) Standart koşullar altında yoğunluğunu bulunuz

Mort = ∑ xi.Mi = (0.2095)32 + (0.7808)28 + (0.0094)40 + (0.0003) 44 = 28.96 g/mol

d = P.M / R.T = 1 (28.96) / (0.082) 273 = 1.293 g/L



• Heptan’ın yanmasıyla CO2 elde edilir. CO2’in % 50 ‘si kuru buza dönüşür. 500 kg kuru buz elde etmek için ne kadar heptan yakılmalıdır ?

• C7H16 + 11 O2 ⇒ 7 CO2 + 8 H2O

Örnek

Temel : 500 kg kuru buz

500.103g kuru buz (1 g CO2) ( 1 mol CO2) (1 mol C7H16) (100 g C7H16)

(0.5 g kuru buz) (44 g CO2) (7 mol CO2) (1 mol C7H16)

324.7 kg C7H16

• Bir kireçtaşı analizi ;• CaCO3 92.89• MgCO3 5.41• Çözünmeyen 1.70• A) 5 ton kireçtaşından kaç kg CaO elde edilir ?• B) Kaç kg CO2 üretilir ?

Örnek

KireçtaşıIsı

CO2

CaOMgOÇözünmeyen

Temel : 5 ton kireçtaşı

CaCO3 ⇒ CaO + CO2 MgCO3 ⇒ MgO + CO2

CaCO3 miktarı = 5000.103 g kireçtaşı.(92.89/100) = 4644.5 kg

MgCO3 miktarı = 5000.103 g kireçtaşı.(5.41/100) = 270.5 kg

Kimyasal Stokiyometri

• Stokiyometri : kimyasal bir reaksiyondaki tüketilen ve üretilen maddelerin miktarıyla ve enerjileriyle alakalıdır.



Hidrojen ve Azot aşağıdaki eşitliğe göre amonyakoluşturmak üzere reaksiyona girer.

N2 + 3H2→2NH3

Kimyasal Reaksiyonlar için deliller

• Bir gaz açığa çıkar.• Çözünmeyen bir madde oluşur.• Belirli bir renk değişimi gözlenir.• Enerjide değişme olur.

Isı, ışık, ses ve elektrik.Ekzotermik reaksiyon: ısı, ışık ve ses açığa çıkar.Endotermik reaksiyon: ısı ve ışık absorbe eder.

• pH değişimi olur• Koku açığa çıkar

Kimyasal Reaksiyonlardaki Enerji

• Ekzotermik reaksiyonlar: • Enerji açığa çıkaran reaksiyonlardır. • Bütün çevre ısınır. • Exo (outside) , therm (heat)

• Enerji bir üründür. • CH4(g) + O2(g) ---> CO2(g) + H2O(l) + enerji

•Aktivasyon Enerjisi: •Reaksiyonun ilerlemesi için gereken enerjidir.

•Reaksiyon Isısı: •Reaksiyon sırasındaki enerji değişim miktarıdır.

•Ekzotermik bir reaksiyonda, ürünle reaktanlardan daha az enerjiye sahiptir.

•Enerji, dışarıya verilir.



Aşağıdaki reaksiyonları denkleştiriniz• Al + S8 Al2S3 • 16 Al + 3 S8 8 Al2S3• CO + O2 CO2 • 2 CO + O2 2 CO2• C2H4 + O2 CO2 + H2O • C2H4 + 3 O2 2 CO2 + 2 H2O • Pb(NO3)2 + NaCl PbCl2 + NaNO3• Pb(NO3)2 + 2 NaCl PbCl2 + 2 NaNO3• Mg2C3 + H2O Mg(OH)2 + C3H4• Mg2C3 + 4 H2O 2 Mg(OH)2 + C3H4• Ca(OH)2 + HBr CaBr2 + H2O • Ca(OH)2 + 2 HBr CaBr2 + 2 H2O

Sentez Reaksiyonları• Sentez reaksiyonları iki madde (genellikle element) bir bileşik

oluşturduğunda veya birleştiğinde meydana gelir.reaktan + reaktan 1 ürün

• Temel olarak : A + B AB• Örnek: 2H2 + O2 2H2O• Örnek: C + O2 CO2

Sentez Reaksiyonları• Aşağıda bir sentez reaksiyonu görülmektedir

Örnek

• K + S8 K2S (iyonik)• Ca + O2 CaO (iyonik)• Al + I2 AlI3 (iyonik)• H2 + O2 H2O (kovalent)• I2 + Cl2 ICl, ICl3, or ICl5 (kovalent)(tam ürün I2 ve Cl2 miktarına bağlıdır)

• (NOT: Yukarıdaki reaksiyonlar denkleşmemiştir.)



Dekompozisyon Reaksiyonları

• Dekompozisyon reaksiyonları bir bileşiğin iki veya daha çok basit bileşik veya element haline dönüşmesidir

• 1 Reaktan Ürün + Ürün• Genelde: AB A + B• Örnek : 2 H2O 2H2 + O2

• Örnek : 2 HgO 2Hg + O2

Dekompozisyon Reaksiyonları

Birleşme Dekompozisyoon

• Bir metal oksit suyla, bir metal hidroksit meydana getirir. Bu kuvvetli bir bazdır

• Bir ametal oksitle suyun reaksiyonunda oksiasitoluşur.

• Bunların her ikisi de birleşme reaksiyonudur, ve her ikisi ısıtmayla ürüne dönüşür.

• Metal hidroksitler ısıtmayla dekompoze olurlar metal oksit ve su oluştururlar.

• Oksiasitler ısıtmayla dekompoze olurlar ve su ile ametaloksit oluştururlar

Birleşme ve Dekompozisyon Reaksiyonları

• Na2O + H2O NaOH• MgO + H2O Mg(OH)2

• SO2 + H2O H2SO3

• Cl2O5 + H2O HClO3

• HNO3 ∆ N2O5 + H2O• Fe(OH)3 ∆ Fe2O3 + H2O

∆: ısıtma



Dekompozisyonun İstisnaları

• Karbonatlar ve kloratlar, element oluşturmayan özel dekompozisyon reaksiyonlarıdır.

• Karbonatlar (CO32-) karbon dioksit ve bir metal oksit

Örnek: CaCO3 CO2 + CaO

• Kloratlar (ClO3-) oksijen gazı ve bir metal klorür

• Example: 2 Al(ClO3)3 2 AlCl3 + 9 O2

Tek Yerdeğiştirme Reaksiyonları

• Tek yerdeğiştirme reaksiyonu bir element diğer bir elementle yer değiştirir.

• Bir metal bir metalle yerdeğiştirebilir (+) yadabir ametal bir ametalle yerdeğiştirebilir (-).

• element + bileşik ürün + ürünA + BC AC + B (Eğer A bir metalse) yadaA + BC BA + C (Eğer A bir ametalse)

H2O, H+ ve OH- iyonlarına ayrıştığında(H+ ve O-2 değil !!)

Tek Yerdeğiştirme ReaksiyonlarıTek Yerdeğiştirme Reaksiyonları

• Çinko metali sulu HCI ile reaksiyona girerse ;Zn(s) + HCl(aq) ZnCl2 + H2(g)



Tek Yerdeğiştirme Reaksiyonları• Katı Sodyum klorür ve flor gazı

NaCl(s) + F2(g) NaF(s) + Cl2(g)

• Aluminyum metali sulu bakır nitrat ile Al(s)+ Cu(NO3)2(aq)

Çift Yerdeğiştirme Reaksiyonları

• Çift yerdeğiştirme reaksiyonlarında bir metal bir metalle ve bir ametal bir ametalle yerdeğiştirir.

• Bileşik + bileşik ürün + ürün

• AB + CD AD + CB

Çift Yerdeğiştirme Reaksiyonları

• Örnek:AgNO3(aq) + NaCl(s) AgCl(s) + NaNO3(aq)

• Diğer örnek:K2SO4(aq) + Ba(NO3)2(aq) KNO3(aq) + BaSO4(s)

Soru ???

Ürünleri tahmin edip denkleştiriniz1. HCl(aq) + AgNO3(aq)

2. CaCl2(aq) + Na3PO4(aq)

3. Pb(NO3)2(aq) + BaCl2(aq)

4. FeCl3(aq) + NaOH(aq)

5. H2SO4(aq) + NaOH(aq)

6. KOH(aq) + CuSO4(aq)



Yanma Reaksiyonları

• Yanma reaksiyonlarıhidrokarbon ve oksijen ile başlayan reaksiyonlardır.

• Buna yanma denir !!! Yanma için 3 şeye ihtiyaç vardır:

• 1) Bir yakıt (hidrokarbon)2) Oksijen 3) Reaksiyona başlatacak kıvılcım

Combustion Reactions

• Genelde: CxHy + O2 CO2 + H2O

• Ürün daima karbon dioksit ve sudur.(tamamlanmayan yanmalarda bazen karbonmonoksitte oluşabilir)

• Yanma evlerin ısıtılmasında, otomobillerin çalıştırılmasında kullanılır. (oktan, benzin , C8H18)

Edgar Allen Poe’s akan gözleri ve ağzı CO zehirlenmesini göstermektedir.

Yanma

• Örnek• C5H12 + O2 CO2 + H2O

• Soru:• C10H22 + O2

5 68



Karışık Örnekler

1. BaCl2 + H2SO4

2. C6H12 + O2

3. Zn + CuSO4

4. Cs + Br2

5. FeCO3

Toplam İyonik Denklemler

• Önce moleküler eşitlik yazılırken reaktan ve ürünlerin çözünür ya da çözünmez olduğuna dikkat etmek gerekir.

• Genelde reaksiyonun suda gerçekleştiği düşünülür

• Çözünürlük tablosu kullanılabilir.• Eğer bileşik suda çözünüyorsa iyonlarına da

ayrışabilir demektir.• Eğer çözünmüyorsa çözünmeyen bileşik olarak

kalır iyonların ayrışmaz.

Çözünürlük tablosuToplam İyonik Eşitlik

Moleküler Denklem:K2CrO4 + Pb(NO3)2 PbCrO4 + 2 KNO3Çözünür Çözünür Çözünmez Çözünür

Toplam İyonik Denklem:2 K+ + CrO4

-2 + Pb+2 + 2 NO3- PbCrO4 (s) + 2 K+ + 2 NO3

-



Net Iyonik Denklem

• Toplam iyonik denklemlerle aynıdır. Fakat iki taraftaki aynıiyonları sadeleştirmelisiniz.

• Toplam Iyonic Denklem:2 K+ + CrO4

-2 + Pb+2 + 2 NO3- PbCrO4 (k) + 2 K+ + 2 NO3

-

Net Iyonik Denklem:CrO4

-2 + Pb+2 PbCrO4 (k)

Asit-baz Reaksiyonları

• Asit-baz: Bu özel bir çift asit-baz yerdeğiştirmereaksiyonudur. Asit içerisindeki H+ iyonu baz içerisindeki OH- iyonuyla reaksiyona girerek su oluşturur. Genelde bu tür reaksiyonların ürünleri iyonik tuz ve sudur.

• HA + BOH ---> H2O + BA• Asit-baz reaksiyonlarına bir örnek olarak hidrobromik

asidin sodyum hidroksit ile reaksiyonu verilebilir.

• HBr + NaOH ---> NaBr + H2O

Mol/Mol Problemleri

1. Denkleşmiş bir kimyasal denklem2. Mol oranının belirlenmesi3. Problemin verilenlerle çözülmesi

Örnek 1:

• Lityum ve oksijen, lityum oksit oluşturur. Eğer 2 mol lityum reaksiyona girerse kaç mollityum oksit oluşur ?



Li + O2 Li2O

1. Denklemi denkleştir : 4 Li + O2 2 Li2O

2. Li ‘un Li2O’e mol oranı

3. 4 mol lityum / 2 mol lityum oksit

4. Problemin çözümü.

2 mol Li x 2 mol Li2O =4 mol Li

Cevap: 1 mol Li2O

Problem 2

• Hidrojen peroksit, su ve oksijen gazına ayrışır. 5.0 mol H2O2 ayrışması sonucu kaçmol su ve oksijen gazı oluşur ?

H2O2 H2O + O2

1. Denklemi denkleştirin: 2H2O2 2H2O + O2

2. Oksijen & hidrojen perosit mol oranı:2 mol H2O 2 / 1 mol O2

3. Çözüm



5.O mol H2O2 x 1 mol O2 =2 mol H2O2

Cevap: 2.5 mol O2

Problem 3

• Amonyak, (NH3 )genellikle ev temizlik ürünlerinde kullanılır. 6 mol Hidrojen gazı aşırıazotla reaksiyona girdiğinde kaç molamonyak üretilir?

N2 + H2 NH3

1. Denklemi denkleştirin: N2 + 3H2 2NH3

2. Hidrojen / amonyak mol oranı : 3 mol hidrojen / 2 mol amonyak

3. Çözüm

6 mol H2 x 2 mol NH3 =3 mol H2

Cevap: 4 mol NH3



Kütle/Mol ve Mol/Kütle Problemleri

• 3 koşula ihtiyacımız vardır :1. Denkleşmiş kimyasal reaksiyon2. Mol oranı3. Molar kütle

Problem 1• 2.00 mol magnezyumdan kaç gr magnezyum oksit

elde edilir?• Mg + O2 MgO• 2 Mg + O2 2 MgO• MgO nun Molar Kütlesi• 40.31 g/mol2.00 mol Mg x 2 mol MgO x 40.31g MgO =

2 mol Mg mol MgO

• Cevap: 80.62 g MgO = 80.6 g MgO

Problem 2• 2.00 mol of magnezyum ile kaç gram oksijen

reaksiyona girer?• 2 Mg + O2 2MgO• Oksijenin Molar kütlesi : 32.00 g/mol2.00 mol Mg x 1 mol O2 x 32.00 g O2 =

2 mol Mg mol O2

Cevap: 32.0 g O2



Problem 3• 125 gram oksijen üretmek için kaç mol HgO ya

ihtiyaç vardır?• HgO Hg + O2

• 2 HgO 2 Hg + O2

• Oksijenin Molar Kütlesi: 32.00 g/mol• 125 g O2 x mol O2 x 2 mol HgO =

32.00 g O2 1 mol O2

• Cevap: 7.81 mol HgO

Kütle/Kütle Problemleri

1. Denkleşmiş denklem2. Mol oranı3. Molar Kütle

Problem 1

• Kalay (II) florür, SnF2 diş macunlarında kullanılır. 30.0 g HF nin Sn ile reaksiyona girmesinden kaç gram çinko florür elde edilir.(Hidrojen de başka bir üründür.)

• Sn + HF SnF2 + H2

• Sn + 2 HF SnF2 + H2

Sn + 2 HF SnF2 + H2

• Mol oranı?• 2 mol HF : 1 mol SnF2

• HF ve SnF2 nin molar kütleleri?• HF: 20.01 g/mol• SnF2: 156.71 g/mol



30.0gHF x mol HF x 1 mol SnF2 x 156.71gSnF2

20.01gHF 2 mol HF mol SnF2

Cevap: 117 g SnF2

Problem 2

• Azot oksit , N2O (azot I oksit) dişçilikte anestezik olarak kullanılmaktadır. 33.0g N2Oüretmek için kaç gram NH4NO3 gereklidir? (bu dekompozisyon reaksiyonun diğer ürünüsudur.)

• NH4NO3 N2O + H2O• NH4NO3 N2O + 2 H2O

NH4NO3 N2O + 2 H2O

• Mol Oranı?• 1 mol NH4NO3:1 mol N2O• NH4NO3 ın molar kütlesi• 80.06 g/mol• Molar Kütle N2O• 44.02 g/mol

NH4NO3 N2O + 2 H2O

33.0g N2O x mol N2O x 1 mol NH4NO3

44.02gN2O 1 mol N2O

x 80.06 g NH4NO3 =mol NH4NO3

Cevap: 60.0 g NH4NO3



• Bileşiminde kütlesel olarak % 96 BaSO4 ve % 4 inertmaddeler bulunan barit minerali üzerine bir miktar kuru halde sodyum karbonat katılarak aşağıdaki denkleme göre reaksiyona girmektedir.

• BaSO4 + Na2CO3 ⇒ BaCO3 + Na2SO4• Bu reaksiyonda 100 kg barit minerali kullanılması haline

reaksiyon sonucunda 48.66 kg BaCO3 oluştuğu ve 29.68 kg Na2CO3 ‘ün arttığı belirlenmiştir. Buna göre

• A) Sınırlayıcı reaktanı• B) Reaksiyonun tamamlanma yüzdesini• C) Reaksiyon sonucundaki oluşan karışımın kütlesel

bileşimini bulunuz.

Örnek• Temel : 100 kg barit minerali

100 kg baritteki BaSO4 = 100x(0.96) = 96 kgBaSO4 mol sayısı = 96/233 = 0.412 kmol

Oluşan BaCO3 mol sayısı = 48.66/197 = 0.247 kmolArtan Na2CO3 mol sayısı = 29.68/106 = 0.28 kmol

Reaksiyona giren Na2CO3 mol sayısı = 0.247+0.28= 0.527 kmol

Tamamlanma derecesi sınırlayıcı reaktanın dönüşme oranıdır.% Dönüşüm = (0.247/0.412)x100= % 60

• Reaksiyon sonunda oluşan kütleler ve % leri

100155.86Toplam2.574İnert

24.6796-(0.247x233)=38.45BaSO4

19.0429.68Na2CO3

22.500.247x142=35.07Na2SO4

31.2248.66BaCO3

Kütlesel %Kütle, kgBileşenler

• Bir kömür numunesinin yapılan analizinde % 2.7 kükürt ve % 18.6 oranında kül bulunmuştur. Bu kömürün külünde yapılan analizde ise, % 3.85 oranında kükürt bulunmuştur. Buna göre 100 kg kömürün yanması halinde kaç kg kükürdün yanarak havaya karıştığını hesaplayınız.

Örnek



• Temel : 100 kg kömür

• 100 kg kömürdeki kükürt : 100x(0.027)=2.7 kg

• 100 kg kömürden oluşan kül : 100x(0.186)=18.6 kg

• 18.6 kg küldeki kükürt : 18.6x(0.0385)=0.71 kg

• Havaya karışan kükürt : 2.7 – 0.71 = 1.99 kg

• Bileşiminde kütlesel olarak % 6.8 oranında inertmaddeler bulunan bir barit mineralinden 100 kg, 53 kg saf sodyum karbonat ile karıştırılarak yüksek sıcaklıkta aşağıdaki kimyasal reaksiyona sokulmaktadır.

• BaSO4 + Na2CO3 ⇒ BaCO3 + Na2SO4• Reaksiyon sonunda oluşan karışım içinde % 38.63

oranında BaCO3 bulunduğu belirlenmiştir. Buna göre ;• A) Sınırlayıcı ve aşırı maddeyi bulunuz.• B) Reaksiyonun tamamlanma derecesini hesaplayınız.• C) Reaksiyon sonucunda elde edilen karışımın kütlesel

bileşim yüzdesini hesaplayınız.

Soru ?

• Toz halinde antimon sülfür minerali (stibnit) ile demir talaşları birlikte ısıtılarak aşağıdaki reaksiyon gereğince antimon elde edilmektedir.

• Sb2S3 + 3 Fe ⇒ 2 Sb + 3 FeS• 600 g antimon sülfür minerali ile 250 g demir

talaşı reaksiyona sokulduğunda, 200 g erimişantimon elde edilmektedir. Buna göre ;

• A) Sınırlayıcı ve artan reaktanı bulunuz.• B) Reaksiyonun tamamlanma derecesini

hesaplayınız.

Örnek• Temel : 600 g antimon sülfür

• Antimon sülfür mol sayısı = 600 / 339.7 = 1.77 mol• Demir mol sayısı = 250 / 55.8 = 4.48 mol• Antimon mol sayısı = 200 / 121.8 = 1.64 mol

• Sb2S3 + 3 Fe ⇒ 2 Sb + 3 FeS• Sınırlayıcı demirdir.

• 4.48 mol demir + 4.48 / 3 = 1.49 mol antimon sülfür• Artan antimon sülfür = 1.77 – 1.49 = 0.28 mol Sb2S3

• Tamamlanma derecesi sınırlayıcı reaktana göredir• 3 mol demirden 2 mol antimon elde edilirse• X= 2.46 mol 1.64 mol antimondan

• % Tamamlanma = (2.46/4.48)x100 = % 54.9



• Fosgen gazı COCI2 , CO ve CI2 gazının katalitik reaksiyonu ile elde edilmektedir.

• CO + CI2 ⇒ COCI2• Reaksiyon sonucunda elde edilen karışım içinde

3 mol CI2 + 10 mol COCI2 ve 7 mol CO bulunduğuna göre ;

• A) Aşırı madde yüzdesini,• B) Reaksiyonun tamamlanma yüzdesini,• C) Reaksiyon kabına giren 100 mol gaz

karışımından kaç mol fosgen gazı elde edilebileceğini hesaplayınız.

Örnek• Temel : 10 mol COCI2

• Reaksiyon sonucunda reaksiyona giren maddelerin her ikiside artmıştır.

• 1 mol klor gazı 1 mol karbonmonoksit ile reaksiyona girmektedir. Reaksiyon sonunda 3 mol klor ve 7 molCO artmıştır. Yani 4 mol CO fazla kullanılmıştır.

• Sınırlayıcı reaktan klordur.

• 10 mol fosgen oluştuğuna göre reaksiyona (10+3=13 mol) klor ve (10+7=17 mol) CO girmiştir.

• % Aşırı madde = (4/13)x100 = % 30.8

• Reaksiyonun tamamlanma derecesi ;

• % Dönüşme = (10/13)x100 = % 77

• Reaksiyon sonucunda 10 mol fosgen elde etmek için• 10 + 7 = 17 mol CO• 10 + 3 = 13 mol CI2• Toplam = 30 mol gaz karışımı

• 30 mol gaz karışımından 10 mol fosgen elde ediliyorsa• 100 mol “ “ X= 33 mol fosgen

Örnek



malzeme ve enerji denklikleri - Kimmuh.com · 2007-07-05 · Page 10 Örnek Pizza 455°F’da...

Documents

Transcript of malzeme ve enerji denklikleri - Kimmuh.com · 2007-07-05 · Page 10 Örnek Pizza 455°F’da...