Tepkime Mekanizmaları, Aktivasyon Enerjisi ve Katalizör — AYT soruları

Kısaca — Katalizör eklendiğinde tepkime hızının artmasının temel nedeni, daha düşük aktivasyon enerjili farklı bir tepkime yolunun oluşmasıdır.

Katalizörler tepkimenin mekanizmasını değiştirerek daha düşük eşik enerjisine sahip yeni bir yol oluşturur. Eşik enerjisi düştüğü için bu engeli aşabilecek yeterli kinetik enerjiye sahip tanecik sayısı ve dolayısıyla etkin çarpışma sıklığı artar. Katalizör girenlerin veya ürünlerin potansiyel enerjisini, tepkime entalpisini ($\Delta H$) ya da denge sabitini asla değiştirmez. Öğrencilerin sıkça düştüğü “entalpi değişiminin küçülmesi” yanılgısı yanlıştır; çünkü katalizör ileri ve geri aktivasyon enerjilerini aynı miktarda düşürür.

Kısaca — Tepkimenin hız ifadesi $r=k[\mathrm{A}]^2[\mathrm{B}]$ şeklindedir.

Mekanizmalı tepkimelerde tepkime hızını aktivasyon enerjisi en büyük olan yavaş basamak belirler. Yavaş basamağın denklemi $\mathrm{2A(g)+B(g)\rightarrow C(g)}$ olduğundan, giren maddelerin derişimleri katsayıları üs olarak alınarak hız bağıntısına yazılır. Bu durumda hız denklemi doğrudan $r=k[\mathrm{A}]^2[\mathrm{B}]$ olarak elde edilir. Basamakları toplayıp net tepkimeyi bularak girenleri yazdığında $r=k[\mathrm{A}]^3[\mathrm{B}]$ çeldiricisine düşebilirsin; net tepkimenin hız ifadesini belirlemediğini unutmamalısın.

Kısaca — Tepkime hızının ilk değerine oranı 2,5’tir.

Bir kimyasal tepkimenin hızı, birim zamanda gerçekleşen etkin çarpışma sayısı ile doğru orantılıdır. Sıcaklık ve taneciklerin kinetik enerji dağılımı değişmediğinden etkin çarpışma frekansı doğrudan eşik enerjisini aşabilen tanecik yüzdesiyle belirlenir. Katalizörsüz ortamda çarpışmaların $\%10$’u eşik enerjisini aşarken katalizör eklendiğinde bu oran $\%25$’e yükselmiştir. Bu nedenle yeni tepkime hızının ilk hıza oranı $\dfrac{25}{10} = 2{,}5$ olur. Oranı ters kurup $\dfrac{10}{25} = 0{,}4$ hesaplamak en yaygın dikkat hatasıdır.