Skip Navigation

Bölüm 6, Ders 5:

Katalizör ve kimyasal reaksiyon hızı

Temel Kavramlar

  • Katalizör kimyasal bir tepkimenin hızını arttırarak maddelerin daha çabuk oluşmasını sağlar
  • Katalizörün tepkime sonrasında kimyasal yapısında bir değişiklik meydana gelmez.

Özet

Öğrenciler izledikleri videoda hidrojen peroksidin parçalanma hızını yükselten bir katalizör olduğunu görecekler. Daha sonra Bakır II sülfat çözeltisi ve alüminyum folyo arasında gerçekleşen reaksiyonda katalizör olarak tuz kullanacaklar. Ayrıca reaksiyonda katalizörün reaksiyon sonunda yapısında bir değişiklik olmadan tekrardan ortaya çıktığını öğrenecekler.

Amaç

Öğrenciler katalizörün reaksiyon hızını artırdığını ve reaksiyon sonunda bozulmadan çıktığını tanımlaya bilecekler.

Değerlendirme

Etkinlik sayfası, her biri 5E kuramı ders planının “değerlendirme” bileşeni olarak hizmet verecektir. Etkinlik sayfaları öğrencinin anlamasını ve gelişmesini sağlayan biçimlendirici değerlendirmelerdir. Çok resmi olan özetleyici değerlendirme her bölümün sonunda yer almaktadır.

Güvenlik

Öğrencilerin gözlük taktığından emin olun. Hidrojen peroksit kullanıldığı zaman, etiketlerde belirtilen tüm uyarılara uyun. Öğrenciler, bakır II sülfat çözeltisi ve alüminyum folyo ile etkinlik yaptıktan sonra, bardakta bulunan maddelerin buharlaşmasına izin verin. Kâğıt havluda kalan az miktarda katıyı çöpe atmayın, yerel mevzuat gereği bir bertaraf yöntemi kullanın.

Her grup için Malzemeler

  • Dereceli silindir ( 50 mL ya da 100 mL )
  • Hidrojen peroksit ( %3 )
  • Hamur mayası
  • 2 Dondurma çubuğu
  • Deterjan çözeltisi
  • Damlalık
  • Küçük bardak
  • Şeffaf plastik bardak
  • Bakır II sülfat çözeltisi ( Bardakta)
  • Tuz
  • Alüminyum folyo ( 5 cm x 5 cm )
  • Termometre

  1. GİRİŞ-ENGAGE

    Kimyasal reaksiyon sonucu gaz oluşumunun kanıtının öğrencilere gösterilmesi

    Öğrencilere açıklayın: Videodaki iki gösteride su buharı ve oksijen gazı oluşmaktadır. Gazlar görünmediği için, öğrencilerden gaz oluştuğunun görünebilmesi için videoyu yakından izlemelerini isteyin

    Video yansıtma (Fil’in Diş Macunu)

    Çabucak oluşan köpük “oksijen ve su buharı” karışımı gazlardır. Oluşan köpüğün miktarı aynı anda reaksiyon hızını ölçmenin yöntemlerinden biridir.

    Video yansıtma (Şişedeki Cin)

    Şişenin dışına çıkan buhar, yoğunlaşma oluşan su buharıdır. Oksijende şişeden çıkar ancak görünmez.

    Öğrencilere Sorun:

    Videolardaki kimyasal reaksiyonlarda gaz oluşmakta mıdır, nasıl anladınız?
    Filin diş macunu deneyinde gaz oluşmuştur. Şişedeki cin deneyinde de gaz oluşmuştur

    Öğrencilere açıklayın: Bu derste kimyasal reaksiyonu hızlandırmayı amaçlamaktayız. Bazı kimyasal reaksiyonlar çok yavaş gerçekleşir ancak katalizör olarak adlandırılan kimyasallar kimyasal reaksiyonların daha hızlı gerçekleşmesini sağlar. Her iki gösteride de katalizör kullanılmaktadır.

  2. AÇIKLAMA – EXPLAIN

    Her iki videoda da hidrojen peroksidin ayrışmasıyla oksijen gazının oluşmasının açıklanması

    Öğrencilere açıklayın: Her iki gösteri deneyinde 0’luk hidrojen peroksit çözeltisi kullanılmıştır. % 30'luk çözeltisine perhidrol denir ve kimya laboratuvarlarında, elektronik sanayinde kullanılır. Piyasada % 3'lük çözeltisi mikrop öldürücü olarak kullanılır ve buna halk arasında oksijenli su denir. % 3-6'lık çözeltisi saçları sarartmakta kullanılır. % 30-50 arasındaki konsantrasyonlar tekstil sanayiinde pamuklu kumaşları beyazlatmak maksadıyla kullanılır. Kumaştaki renk bozukluğunu elyafın kalitesini bozmadan gidererek etkili bir şekilde beyazlatır. Elde edilen beyazlık fevkalade ve kalıcıdır. Aynı çözelti, kâğıt hamurunu, ahşap yüzeylerini, yün, ipek, yağ ve bazı yiyecekleri beyazlatmak için de kullanılır. % 70'lik çözeltisi geniş miktarda organik maddeleri ve anorganik iyonları oksitlemede kullanılır. Derişik hidrojen peroksit deriyi tahriş edicidir.

    Hidrojen peroksidin kimyasal formülü H2O2. Hidrojen peroksit, renksiz ve kokusuz bir sıvı olup, suda bol miktarda çözünür. Hidrojen peroksit tabiatta kar ve yağmur içerisinde eser miktarda bulunmaktadır. Suyun elektrolizi esnasında katot çevresinde meydana gelir.

    Görüntü yansıtma (Hidrojen peroksidin ayrışması)

    Hidrojen peroksit su ve oksijen şeklinde parçalanır.

    Öğrencilere açıklayın: Gün ışığında gelen enerji hidrojen peroksidin ayrışmasını (bozulmasını) hızlandırır. Bu nedenle piyasada satılan hidrojen peroksitler gün ışığı geçmeyen opak kaplarda satılır.

    Hidrojen peroksidi, potasyum permanganat ya da magnezyum dioksit daha hızlı ayrıştırır. Reaksiyon hızlı gerçekleşmesine rağmen, reaksiyon sonunda bu maddelerde bir değişme olmaz. Bir madde kimyasal tepkimenin hızını artırıyorsa ve reaksiyon sonunda bu maddenin yapısında bir değişme gerçekleşmiyorsa bu maddelere “katalizör” denir.

    Öğrencilere sorun:

    Öğretmeninizin yaptığı gösteri deneyinde, bir katalizör olarak hidrojen peroksit ekledi ve oksijen gazı oluştu. Eğer katalizör kimyasal reaksiyona etki ediyorsa, neden bir ürün olarak çıkmıyor?
    Katalizör atomları ürünler kısmında maddeye katılmaz ve tekrardan bir araya gelir. Bu nedenle ürün olarak çıkmaz
    Katalizör kimyasal reaksiyonda neye neden olur?
    Katalizör kimyasal reaksiyonda reaksiyonun daha hızlı gerçekleşmesini sağlar ancak reaksiyonda oluşacak ürün miktarını değiştirmezler.

    Her öğrenciye etkinlik kâğıdı verin

    Öğrenciler etkinlik sayfasında deney hakkındaki soruları cevaplayacak ve gözlemlerini kaydedecekler. Etkinlik sayfasının “atom ve molekülleriyle birlikte” ve “Daha Fazlası” gibi ek kısımlarını talimatınıza bağlı olarak, sınıfça, grupça veya tek tek cevaplayacaklar.

    Soruları ve cevapları bulmak için etkinlik sayfası öğretmen sürümüne bakın

  3. KEŞFETME - EXPLORE

    Hamur mayası kullanılarak hidrojen peroksidin ayrıştırılması

    Araştırma sorusu

    Başka Katalizör maddeler hidrojen peroksidi ayrıştırabilir mi?

    Her grup için malzemeler

    • Dereceli silindir
    • Hidrojen peroksit ( %3 )
    • Hamur mayası
    • Dondurma çubuğu
    • Deterjan çözeltisi
    • Damlalık

    Öğretmen ön hazırlık

    2 yemek kaşığı suya 1 çay kaşığı sıvı bulaşık deterjanı eklenerek deterjan çözeltisi hazırlayın. Her grup için küçük bardaklara deterjan çözeltisinden eşit olarak dağıtın.

    Uygulama

    1. Dereceli silindirle 10 mL ölçün. 1 damla deterjan çözeltisini ekleyin. Yavaşça çalkalayın. Hiç baloncuk oluşmuş mu diye kontrol edin.

      Öğrencilere açıklayın: Eğer ürünlerde hiç baloncuk oluşmamışsa sadece deterjan çözeltisinden biraz ekleyin. Hidrojen peroksit parçalandığı zaman oksijen gazı oluşacaktır ve baloncuklar görünecektir

    2. Dondurma çubuğunu kullanarak hamur mayasından biraz alıp, dereceli silindirdeki hidrojen perokside koyup çalkalayın.

      hamur mayasının eklemesiyle hidrojen peroksidin parçalanması
    3. Dereceli silindiri masaya koyup, hiç baloncuk oluşmuş mu diye kontrol edin.
    4. Dereceli silindiri tutarak hiç sıcaklık değişimi oluşmuş mu diye kontrol edin.

    Beklenen Sonuç

    Hamur mayası eklenmeden önce, baloncuklar yoktu. Hamur mayası eklendikten sonra, baloncuklar köpük oluşumu gerçekleştirdi ve bu köpük dereceli silindirden yukarı doğru taştı. Ayrıca, hidrojen peroksidin enerji salıvermesiyle dereceli silindirde ısı ortaya çıktı. Kimyasal reaksiyondaki enerji değişimi Bölüm 6, ders 7’de daha detaylı incelenecektir.

  4. Öğrenci gözlemlerinin tartışılması

    Öğrencilere Sorun:

    Bu etkinlikte kimyasal reaksiyonun olduğunu hangi ipuçları sağlıyor?
    Baloncuklar, Sıcaklık değişimi kimyasal reaksiyonun oluştuğunu belli ediyor.
    Bu etkinlikteki katalizör nedir?
    Hamur mayasında bulunan bir madde katalizör görevi görüyor.
    Hamur mayasını hidrojen perokside eklediğinizde hidrojen peroksidin parçalandığını kanıtlayan şey nedir?
    Hamur mayası eklendiğinde oksijen gazının oluşturduğu baloncuklar oluşmaktadır. Oksijenin oluşması hidrojen peroksidin parçalandığının kanıtıdır.
    Bu etkinlikteki kimyasal denklemi yazdığınızda, Kimyasal denklemin ürünler kısmı hamur mayasını içermekte midir?
    Öğrencilere açıklayın: Hamur mayasında bulunan katalizör madde kimyasal denklemin ürünler kısmına yazılmamıştır. Bazen katalizörler kimyasal denklem eşitliğini gösteren ok ’un (?) üzerine ya da altına yazılır, böylece reaktanların ürünler ya da girenler kısmına yazılmaz.

    Öğrencilere açıklayın: Genelde, katalizörler reaktanların bir araya geldiği bir yerde görev yapmaya başlarlar. Hamur mayasındaki ve başka organizmadaki hücreler olarak adlandırılan bir katalizör içerir. Hidrojen peroksit normal hücre olaylarında ve canlı hücrelerde üretilir. Ancak hidrojen peroksit çok zehirli olduğu için, hücrelerin çabucak bu maddeyi parçalaması gerekir. Bu görevi de kataliz denilen katalizör üstlenir. Hücreler kataliz içerdiği için hidrojen peroksit çok hızlı şekilde parçalanır. Katalizin tek bir molekülü milyonlarca hidrojen peroksit molekülünü her iki saniyede parçalayabilir.

    Öğrenciler bir miktar hidrojen peroksidi bir miktar taze patatese damlatarak hidrojen peroksidin kataliz etkilerini inceleyebilirler.

  5. DERİNLEŞTİRME – EXTEND

    5. Bir parça alüminyum folyo ile Bakır II sülfat reaksiyona girdiğinde oluşan değişimin ne olduğunun bulunması

    Not: Bu reaksiyon bakır II sülfat ve Alüminyum folyo arasında gerçekleşmektedir. Bakır “Bakır II” olarak adlandırılır, çünkü bakır farklı iyonlara sahip olan bir metaldir. Bakır bir elektronunu kaybederse Cu+, iki elektronunu kaybederse Cu2+ iyonunu oluşturur. Bu nedenle bu tür bakır iyonuna Bakır II denir. Ayrıca, bakır II sülfat bileşiğinde bulunan “sülfat” ta bir iyondur. Bu iyon birden çok atomdan oluşmuştur. Bölüm 4, ders 3’te bu tür poliatomik iyonları açıklamıştık. Bir kükürt (sülfür) atomuna dört oksijen atomunun iyonik olarak bağlanmasıyla (SO42−) iyonu oluşur.

    Alüminyum ve bakır II sülfat arasında gerçekleşen reaksiyonun birkaç ilginç yönü vardır. Bu reaksiyonda elektronlar, tüm atomların, iyonların ya da moleküllerin yerine hareket ederler. Bu tür reaksiyonlara yükseltgen/indirgen reaksiyonlar denir. Bu reaksiyon ekzotermiktir. Alüminyum metali kaybolur ve Bakır metali ile bir gaz çıkışı gözlenir.

    Tuz reaksiyonda diğer katalizörlerden farklı olarak bir katalizör görevi yapabilir. Bakır II sülfat ve alüminyum reaksiyonu çok yavaş gerçekleşir çünkü Alüminyumun yüzeyi ince mat bir yüzeyle kaplanmıştır (alüminyum oksit). Eğer alüminyum oksit yüzeyini aşınırsa bu reaksiyon hızlanabilir. Tuz eklenmesi bunu gerçekleştirir. Çözeltideki bakır iyonlarıyla alüminyumdan gelen elektronların etkileşimlerinin hızlanmasını sağlar.

    Araştırma sorusu

    Aşağıdaki etkinlikteki katalizör nedir?

    Her grup için malzemeler

    • Bakır II sülfat çözeltisi
    • Şeffaf plastik bardak
    • Tuz
    • Alüminyum folyo
    • Termometre
    • Dondurma Çubuğu

    Öğretmen ön hazırlık

    200 mL suya 20 g bakır II sülfat ekleyerek bakır II sülfat çözeltisi hazırlayın. Her gruba Bakır II sülfat çözeltisinden 25 mL ayırın. Bir bardağın üzerini kaplayacak şekilde alüminyum folyodan kesin (5cm uzunluk x 5cm genişlik olabilir )

    Uygulama

    1. Boş bir kaba alüminyum folyodan bir parça yerleştirin. Parmağınızı ya da bir dondurma çubuğu kullanarak alüminyum folyoyu bardağın dibine yerleştirin
    2. Alüminyum yerleştirdiğiniz bardağa bakır II sülfat çözeltisi ekleyin
    3. Birkaç dakika çözeltiyi karıştırın. Durup, renk değişimi ya da baloncuk oluşumu gerçekleşmiş mi diye bakın.

    4. Bir dondurma çubuğu kullanarak bakır II çözeltisine biraz tuz ekleyin. Birkaç dakika çözeltiyi karıştırın. Baloncuk ya da renk değişimi oluşmuş mu diye bakın.

      alüminyum folyo ve bakır II sülfata tuz eklenmesi
    5. Bardağa bir termometre yerleştirin ve sıcaklık değişimini inceleyin

    Beklenen Sonuçlar

    Tuz eklenmeden önce renk değişimi ve baloncuklar oluşmamıştır. Tuz eklendikten sonra, alüminyum yüzeyinde baloncuklar oluşmuş ve çözelti rengi yeşilimsi bir hal almıştır. Bir süre sonra, alüminyumda kahvemsi bir renk (bakır rengi) oluşmaya başlar. Baloncuklar daha da çoğalır alüminyum kaybolur ve bakır oluşur. Ayrıca çözelti ısınır ve mavi bir renk alır.

  6. Öğrenci gözlemlerinin tartışılması

    Öğrencilere Sorun:

    Bakır II sülfat çözeltisine Sodyum klorür tuzu ve bir parça alüminyum yerleştirdiğinizde kimyasal reaksiyon nasıl gerçekleşmiştir?
    Baloncuklar oluştu, renk değişti, sıcaklık arttı ve farklı bir katı madde oluştu.
    Bu deneydeki katalizör nedir?
    Katalizör tuzdur
    Hidrojen perokside maya eklenmesiyle, alüminyuma tuz eklenmesinin benzer yönü nedir?
    Her iki tepkimede de katalizör vardır. Maya katalizörünün eklenmesi hidrojen peroksidin parçalanmasını hızlandırmış, tuz katalizörünün eklenmesi alüminyumun bakır II sülfat ile reaksiyonunu hızlandırmıştır.

    Öğrencilere açıklayın: Mavi çözelti bakır iyonlarını (Cu2+) içerir. Çözeltiye tuz eklenmesi çözeltideki alüminyum yüzeyindeki karartıyı yok eder. Karartının yok olması bakır iyonlarıyla alüminyum elektronlarının reaksiyona girdiğinin göstergesidir. Negatif alüminyum elektronları ile pozitif bakır iyonlarının etkileşime girmesiyle, alüminyum yüzeyi nötral bakır atomlarına dönüşür ve alüminyum metali kaybolarak bakır metali oluşur.