Tepkime Hızına Katalizör ve Temas Yüzeyinin Etkisi

Katalizör Kavramı

Kimyasal tepkimelerde tepkime hızını artıran maddelere katalizör denir. Katalizörler tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürerek tepkimenin daha hızlı gerçekleşmesini sağlar. Katalizörler tepkimeye katılmadan önceki hâliyle, tepkime sonunda değişime uğramadan tepkimeden çıkarlar.

Katalizörlü tepkimede, katalizörsüz duruma göre daha fazla sayıda tanecik aktivasyon enerjisinden daha büyük bir enerjiye sahip olur; bu nedenle çarpışmaların daha büyük bir kısmı tepkimeyle sonuçlanır ve tepkime hızı artar.

Katalizörlerin Tepkime Üzerindeki Etkileri

Katalizörler:

• tepkimenin izlediği yolu değiştirir,
• tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürür,
• ileri ve geri aktivasyon enerjisini aynı miktarda düşürdüğü için tepkime entalpisini değiştirmez,
• etkin çarpışma ve birim zamanda oluşan ürün miktarını artırır,
• tepken ve ürünlerin enerjisini değiştirmez,
• ürünlerin türünü ve miktarını etkilemez, tepkime verimini değiştirmez,
• tepkimenin başlaması için gerekli değildir, başlamış bir tepkimeyi hızlandırır,
• tepkimenin yönünü değiştirmez.

Tepkime hızını yavaşlatan katalizörlere negatif katalizör (inhibitör) denir. Hazır gıdaların bozulmasına neden olan tepkimeleri yavaşlatmak için inhibitör kullanılır; gıdalarda kullanılan inhibitörlere sodyum benzoat, sodyum klorür, askorbik asit, salisilik asit ve sodyum sitrat örnek verilebilir.

Bir kimyasal tepkimede tepkenlerle aynı fazda olan katalizörlere homojen katalizör, farklı fazda olan katalizörlere heterojen katalizör denir. Kimyasal tepkime denkleminde katalizörler genellikle ok üzerinde gösterilir. Heterojen katalizörler genelde katı, tepkenler ise sıvı ya da gaz fazında bulunur. Katalizörler tepkime hızını artırarak enerji maliyetlerini azaltabilir, yan ürün oluşumunu azaltarak ürünün saflığını artırabilir; bu nedenle kimya endüstrisinde ve araştırmada önemli bir yere sahiptir. Örneğin doymamış bitkisel yağların H₂ gazı ile nikel (Ni) katalizörlüğünde tepkimesinden doymuş bitkisel yağ (margarin) üretilir.

Tepkime Hızına Temas Yüzeyinin Etkisi

Tepkenlerdeki katı maddenin yüzey alanındaki artış ile tepkime hızı artar. Çünkü yüzey alanının artması, tepkimenin gerçekleşeceği daha fazla bölge sağlar; bu da daha fazla taneciğin aynı anda tepkimeye girebilmesini sağlayarak tepkimenin hızını artırır. Bu nedenle katı maddelerin ince toz hâline getirilmesi tepkime hızını artırır.

Çinko metalinin hidroklorik asit ile tuz ve hidrojen gazı oluşturduğu Zn(k) + HCl(suda) → ZnCl₂(suda) + H₂(g) tepkimesi bu ilkeyi gösterir: seyreltik hidroklorik asit çözeltisine parça hâlinde çinko metali eklendiğinde tepkime yavaş gerçekleşir; aynı miktarda toz hâlinde çinko metali eklendiğinde ise tepkime çok şiddetli gerçekleşir. Toz hâlindeki çinko çok daha büyük bir yüzey alanına sahip olduğundan tepkimenin gerçekleşebileceği çok daha geniş bir alan vardır; bu da çinko ile asit arasındaki çarpışmaların olasılığını artırır. Her iki tepkime sonunda aynı miktarda ürün oluşurken, toz çinko ile oluşan tepkimede ürünler daha kısa sürede açığa çıkar.

Özet

• Katalizör, tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürerek hızını artıran ama tepkime entalpisini, tepken/ürün enerjilerini ve tepkime verimini değiştirmeyen maddedir; tepkimeye katılmadan önceki hâliyle tepkimeden çıkar.
• Negatif katalizör (inhibitör) tepkimeyi yavaşlatır (örneğin gıda koruyucuları); katalizörler tepkenlerle aynı fazdaysa homojen, farklı fazdaysa heterojen olarak sınıflandırılır.
• Katı maddelerin yüzey alanının (örneğin toz hâline getirilerek) artırılması, tepkimenin gerçekleşeceği bölgeyi ve dolayısıyla çarpışma olasılığını artırarak tepkime hızını yükseltir; toz çinko örneği bunu somut olarak gösterir.