Chemistry Education | Turkish Chemistry
Nis 11

Chemical Reactions
icon1 admin | icon2 Chemistry Education | icon4 04 11th, 2010| icon3No Comments »

The reaction of two or more elements together results in the formation of a chemical bond between atoms and the formation of a chemical compound (see our Chemical Bonding module). But why do chemicals react together? The reason has to do with the participating atoms’ electron configurations (see our The Periodic Table of Elements module).

In the late 1890s, the Scottish chemist Sir William Ramsay discovered the elements helium, neon, argon, krypton, and xenon. These elements, along with radon, were placed in group VIIIA of the periodic table and nicknamed inert (or noble) gases because of their tendency not to react with other elements (see our Periodic Table page). The tendency of the noble gases to not react with other elements has to do with their electron configurations. All of the noble gases have full valence shells; this configuration is a stable configuration and one that other elements try to achieve by reacting together. In other words, the reason atoms react with each other is to reach a state in which their valence shell is filled.

Let’s look at the reaction of sodium with chlorine. In their atomic states, sodium has one valence electron and chlorine has seven.

sodium-configuration with e chlorine
Sodium Chlorine

Chlorine, with seven valence electrons, needs one additional electron to complete its valence shell with eight electrons. Sodium is a little bit trickier. At first it appears that sodium needs seven additional electrons to complete its valence shell. But this would give sodium a -7 electrical charge and make it highly imbalanced in terms of the number of electrons (negative charges) relative to the number of protons (positive charges). As it turns out, it is much easier for sodium to give up its one valence electron and become a +1 ion. In doing so, the sodium atom empties its third electron shell and now the outermost shell that contains electrons, its second shell, is filled – agreeing with our earlier statement that atoms react because they are trying to fill their valence shell.

sodium chloride - Sodium Chloride
Sodium Chloride

This trait, the tendency to lose electrons when entering into chemical reactions, is common to all metals. The number of electrons metal atoms will lose (and the charge they will take on) is equal to the number of electrons in the atom’s valence shell. For all of the elements in group A of the periodic table, the number of valence electrons is equal to the group number (see our Periodic Table page).

Nonmetals, by comparison, tend to gain electrons (or share them) to complete their valence shells. For all of the nonmetals, except hydrogen and helium, their valence shell is complete with eight electrons. Therefore, nonmetals gain electrons corresponding to the formula = 8 – (group #). Chlorine, in group 7, will gain 8 – 7 = 1 electron and form a -1 ion.

Hydrogen and helium only have electrons in their first electron shell.  The capacity of this shell is two.  Thus helium, with two electrons, already has a full valence shell and falls into the group of elements that tend not to react with others, the noble gases.  Hydrogen, with one valence electron, will gain one electron when forming a negative ion.  However, hydrogen and the elements on the periodic table labeled metalloids, can actually form either positive or negative ions corresponding to the number of valence electrons they have.  Thus hydrogen will form a +1 ion when it loses its one electron and a -1 ion when it gains one electron. 

Reaction Energy
All chemical reactions are accompanied by a change in energy. Some reactions release energy to their surroundings (usually in the form of heat) and are called exothermic. For example, sodium and chlorine react so violently that flames can be seen as the exothermic reaction gives off heat. On the other hand, some reactions need to absorb heat from their surroundings to proceed. These reactions are called endothermic. A good example of an endothermic reaction is that which takes place inside of an instant ‘”cold pack.” Commercial cold packs usually consist of two compounds – urea and ammonium chloride in separate containers within a plastic bag. When the bag is bent and the inside containers are broken, the two compounds mix together and begin to react. Because the reaction is endothermic, it absorbs heat from the surrounding environment and the bag gets cold.

Reactions that proceed immediately when two substances are mixed together (such as the reaction of sodium with chlorine or urea with ammonium chloride) are called spontaneous reactions. Not all reactions proceed spontaneously. For example, think of a match. When you strike a match you are causing a reaction between the chemicals in the match head and oxygen in the air. The match won’t light spontaneously, though. You first need to input energy, which is called the activation energy of the reaction. In the case of the match, you supply activation energy in the form of heat by striking the match on the matchbook; after the activation energy is absorbed and the reaction begins, the reaction continues until you either extinguish the flame or you run out of material to react.

Eyl 21

REAKSİYON HIZI
icon1 admin | icon2 Chemistry Education | icon4 09 21st, 2009| icon3No Comments »

 REAKSİYON HIZI
Birim zamanda reaksiyona girenlerin yada ürünlerin miktarlarındaki değişmeye reaksiyon hızı denir.
N2 + 3H2® 2NH3 reaksiyona göre;

Hızlar arasındaki ilişki

Potansiyel Enerji Koordinatı Grafikleri
Bir tepkimenin gerçekleşebilmesi için,
1. Reaksiyona giren moleküller çarpışmalıdır.
2. Her çarpışma reaksiyonla sonuçlanmaz, uygun çarpışma olması gerekir.
3. Çarpışan moleküllerin belirli bir enerjiye sahip olmaları gerekir. Bu enerji reaksiyonunun gerçekleşebilmesi için gerekli olan minimum enerjidir. (Aktifleşme enerjisidir.)

GrafiÄŸin yorumu
1. Reaksiyona girenlerin enerjisi 0 k.kal’dir.
2. Ürünlerin enerjisi -50 k.kal’dir.
3. Eai = 70 k.kal Eag = 120 k.kal’dir. DH = -50 k.kal’dir.
4. DH = Eai – Eag
5. Yüksek sıcaklıkta girenler kararlıdır. Düşük sıcaklıkta ürünler kararlıdır.
Hız İfadesi ve Hıza Etki Eden Faktörler
Tek kademede gerçekleşen bir reaksiyonun hızı reaksiyona girenlerin derişimlerine göre yazılır. Her reaksiyonun aktifleşme enerjisi farklı olacağından her reaksiyon için farklı bir sabit kullanılmalıdır.
N2(g) + 3H2(g)® 2NH3(g)

V = k. [N2] . [H2]3

2X(g) + Y(s) ® Z(g) + T(k)

V= k . [X]2

Not : Katı ve saf sıvıların derişimleri sabit olduğundan hız ifadesinde yazılmazlar.
k: Her reaksiyon için farklı olan bir sabittir.
1. Derişim : Reaksiyona giren maddelerin derişimleri değiştirilirse hız da değişir.
2. Basınç – Hacim : Basıncın deÄŸiÅŸmesi hacmin deÄŸiÅŸmesine baÄŸlı olarak düşünülmelidir. Hacim deÄŸiÅŸirse reaksiyona giren tüm madde deriÅŸimleri deÄŸiÅŸeceÄŸinden hız da deÄŸiÅŸir.
3. Sıcaklık : Sıcaklığın arttırılması bütün tepkimelerin hızını arttırır.
Sıcaklık artarsa;
1. Moleküllerinin hareket hızı artar.
2. Çarpışma sayısı artar.
3. Ortalama kinetik enerji artar.
4. Aktifleşmiş kompleks sayısı artar.
5. k sabiti büyür.
Not : Sıcaklığın değişmesi ile aktifleşme enerjisinin değeri değişmez.
Bir tepkimenin farklı iki sıcaklıktaki tanecik sayısı kinetik enerji dağılım grafiği şekildeki gibidir.
1. : Başlamış bir reaksiyona herhangi bir anda girerek reaksiyonun aktifleşme enerjisini düşürüp reaksiyonu hızlandıran daha sonra kendisinde hiçbir değişiklik olmadan elde edilen maddeye madde denir.
Katalizörler bir tepkimeyi baÅŸlatamazlar, baÅŸlamış tepkimeyi durduramazlar. tepkimenin yönünü deÄŸiÅŸtiremezler, ürün miktarına etki etmezler, tepkimenin DH’ını deÄŸiÅŸtiremezler. Ancak; tepkimenin aktifleÅŸme enerjisini deÄŸiÅŸtirirler, k sabitini deÄŸiÅŸtirirler ve tepkimenin mekanizmasını deÄŸiÅŸtirebilirler.
Not : Canlı organizmalarda görevi yapan enzimler vardır, bu arada reaksiyonu yavaşlatan inhibritörler vardır.
1. Temas Yüzeyi : Reaksiyona giren katı yada sıvıların temas yüzeyini arttırmak, reaksiyonun hızlanmasına sebep olur. Temas yüzeyini arttırmak derişimleri değiştirmeyeceğinden k sabitinin değişmesine sebep olur.

2. Maddenin Cinsi
1. İyon reaksiyonları diğer reaksiyonlara göre daha hızlı gerçekleşir.
2. Organik reaksiyonlar diğer reaksiyonlara göre daha yavaş gerçekleşir.
3. Reaksiyona giren madde çeşidi ve katsayı arttıkça reaksiyon daha yavaş gerçekleşir.
Kademeli (Mekanizmalı) Reaksiyon Hızı
Bir tek basamakta değil de birden fazla basamakta oluşuyorsa böyle tepkimelere kademeli reaksiyonlar denir. Kademeli reaksiyonlarda her basamağın kendine göre bir hızı vardır. Ancak net reaksiyonun hızını en yavaş kademe belirler.

Örnek
Kademeli olarak yürüyen OCl- + I- ® Cl- + OI-
tepkimesinin ara basamakları
OCl- + H2O ® HOCl + OH- (hızlı)
I- + HOCl ® HOI + Cl- (yavaş)
HOI + OH- ® H2O + OI- (hızlı)
ÅŸeklindedir.

Aşağıdaki soruları yanıtlayınız?
a. Ara ürünler hangileridir?
b. hangi maddedir?
c. Reaksiyonun hız denklemi nasıldır?
d. Ortama saf H2O ilave edilirse hız nasıl değişir?

Çözüm
1. Ara ürün reaksiyonun birisinde ürün iken diğerinde reaktif konumun da olan maddelere denir. HOCl, OH-, HOI ara üründür.
2. reaksiyona girip değişikliğe uğramadan çıkan maddelere denir.
H2O katalizördür.
3. Kademeli reaksiyonlarda hız denklemi yavaş basamağa göre yazılır.
Hız denklemi J = k. [I-] . [HOCl] dir.
1. Kademeli reaksiyonlarda hızı, yavaş basamaktaki maddelerin derişimlerinin değiştirilmesi sonucunda değişir. Ancak saf H2O ilavesi çözeltisinin hacmini artıracağından yavaş basamaktaki I- ve HOCl derişimleri azalır ve hız küçülür.
Hızın Takip Edilmesi ve Ölçülmesi
1. Renk değişimi olan reaksiyonlarda renk değişimiyle hız takip edilebilir.
2. İyon reaksiyonlarında elektrik iletkenliği ölçülerek hız takip edilebilir.
3. Gaz reaksiyonlarında ise reaksiyon giren mol sayısı ürünlerin mol sayısından farklı ise basınç değişimiyle ölçülebilir.

May 17

Sequencing

Sequencing

One of the major methods of DNA sequencing in known as chain termination sequencing, dideoxy sequencing, or after its inventor biochemist Frederick Sanger.

The method is elegantly simple.
While DNA chains are normally made up of deoxynucleotides (dNTPs), the Sanger method uses dideoxynucleotides.

dideoxynucleotide and deoxynucleotide


Dideoxynucleotides (ddNTPs) are missing a hydroxy (OH) group at the 3′ position. This position is normally where one nucleotide attaches to another to form a chain. If there is no OH group in the 3′ position, the additional nucleotides cannot be added to the chain, thus interrupting chain .

Manual sequencing

    1. Begin the process by synthesizing a chain that is complimentary to the template you want to analyze.

    2. Add a specific primer that you know will anneal.


    d

    3. Divide your sample among four test tubes. One test tube will be used for each specific nucleotide (dGTP, dATP, , and dTTP).

    4. Add to each tube and one specific nucleotide per tube.

    5. Add ddNTPs to all four tubes. Once you add the ddNTPs, there is no way for the chain to keep elongating, hence you have dd chain termination.

    6. Run this on a polyacrylamide gel using one lane per reaction tube (dGTP, dATP, , and dTTP).

    7. To sequence, read the order of bases from the smallest to the largest.

Automated sequencing

Or, if this looks like too much work, you can pay for automated sequencing, where a machine does most of the work for you. Of course, you’ll need about $100,000 for the machine.

An automated sequencer runs on the same principle as the Sanger method (dideoxynucleotide chain termination). A laser constantly scans the bottom of the gel, detecting bands as they move down the gel. Where the manual method uses radioactive labeling, automated sequencing uses fluorescent tags on the ddNTPs (a different dye for each nucleotide). This makes it possible for all four reactions (dGTP, dATP, , and dTTP) to be run in one lane, so you can have huge numbers of reactions on one gel. This is a very efficient method.

It is important to remember, however, that a computer can make mistakes. Don’t trust the computer. Always check your printout for accuracy. You are looking for a good signal, at least in the 100s, and proper spacing, ideally about 12. Look also for big gaps between the bases since the computer can miss bases. It may often miss a G after an A, especially after an AA.

Google Adsense Privacy Policies