• KİMYASAL DENGE
Bu bölüme kadar kimyasal olayları tek yönlü reaksiyonlar olarak düşünmüştük.
Gerçekte ise çoğu kimyasal olaylar iki yönlü tepkimelerdir.
Örnek olarak sabit sıcaklıkta kapalı bir kapta :
tepkimesini inceleyelim. Kaba önce bir miktar X ve Y koyalım. Zamanla X ve Y nin
reaksiyona girmesinden dolayı miktarı azalacak, Z ve T nin miktarı artacaktır.
Oluşan Z ve T reaksiyona girip tekrar X ve Y oluşturacaktır. Bir müddet sonra X
ve Y’den Z ve T oluşma hızı ile, Z ve T den X ve Y oluşma hızı birbirine eşit
olur. Bu duruma denge durumu denir.
Bu sırada maddelerin konsantrasyonu değişmemekle birlikte her iki yönde
reaksiyon eşit hızda sürmektedir. (Dinamik denge) Denge tepkimelerinin çift okla
gösterilmesinin sebebi budur.
Her iki yöndeki reaksiyon için hız bağıntısını yazalım.
İleri yöndeki RH1
= k1
[X] . [Y]
Geri yöndeki RH2 = k2 [Z] . [T]
Denge durumu RH1
= RH2 dir. Değerleri yerine koyup düzenlersek;
k1
[X] . [Y] = k2 [Z] . [T]
K’ya kimyasal denge sabiti denir.
Bu eşitlik sözle aşağıdaki şekilde ifade edilir.
NOT : Denge sabitine katı ve sıvı fazdaki maddeler yazılmaz, gaz fazındaki ve
suda çözünmüş durumdaki maddeler yazılır.
|
Bazı reaksiyonlar için denge sabitini yazalım.
NİÇİN DENGE?
Bazı reaksiyonlar tek yönlü bazı reaksiyonlar çift yönlüdür. Bunun izahını şöyle
yapabiliriz: -
Maksimum düzensizliğe eğilim.
-
Minimum enerjiye eğilim.
Bir kimyasal reaksiyonda minimum enerjiye eğilim ilkesi denklemi bir tarafa,
maksimum düzensizliğe eğilim ilkesi diğer tarafa destekliyorsa bu tür
reaksiyonlar genellikle denge reaksiyonudur.
Maksimum düzensizlik: Sıvılar katılara göre daha düzensiz, gazlar sıvılara göre
daha düzensizdir. Mol sayısı fazla olan gaz, az olan gaza göre daha düzensizdir.
Bir katı bir sıvıda çözünürse düzensizliği artar. Bir gaz bir sıvıda çözünürse
düzensizliği azalır.
Minimum Enerji: Bir reaksiyonda ısının bulunduğu taraf (endotermikte sol,
ekzotermikte sağ taraf) minimum enerji eğiliminin olduğu taraftır.
denklemine göre; Maksimum düzensizlik sola doğru eğilimli ve minimum enerji sağa
doğru eğilimlidir.
denklemine göre; Maksimum düzensizlik sola doğru eğilimli ve minimum enerji sağa
doğru eğimlidir.
DENGE SABİTİ İLE İLGİLİ HESAPLAMALAR
Denge sabiti ile ilgili hesaplamalar yapılırken reaksiyona giren maddelerin başlangıç miktarları yazılır, dengeye ulaşıldığında
harcanan ve oluşan maddeler hesaplanarak denge anındaki derişimler hesaplanır.
Örnek - 1
tepkimesine göre 1 lt'lik bir kapta 4 mol N2 ve 7 mol H2 alınarak dengeye
ulaşıldığında kapta 4 mol H2 bulunuyor.
Buna göre reaksiyonun denge sabiti Kd'nin değeri kaçtır?
Çözüm
Başlangıç :
Değişme :
Denge : |
4 mol
-1
3 mol |
7 mol
-3
4 mol |
0 mol
+2
2 mol |
Hacim 1 litre olduğundan mol sayıları derişime eşittir.
KISMİ BASINÇLAR TÜRÜNDEN DENGE SABİTİ (Kp)
Kp ile Kd arasında Kp = Kd.(RT)Dn ilişkisi vardır.
Dn : (Ürünlerin mol sayısı - Girenlerin mol sayısı)
R : Gaz sabiti
T : Mutlak sıcaklık (°K)
DENGE SABİTİNİN DEĞİŞİMİ -
Bir denge reaksiyonu ters çevrilirse, K denge sabiti
olarak alınır.
tepkimesinin denge sabiti 25 ise
tepkimesinin denge sabiti 1/25'tir.
-
Bir tepkimenin katsayıları n ile çarpılırsa, K'nın n'ninci kuvveti alınır.
tepkimesinin denge sabiti 4 ise
tepkimesinin denge sabiti (4)2 = 16'dır.
-
Herhangi bir tepkime diğer tepkimelerin toplamından oluşuyorsa, bu tepkimenin
K (denge sabiti), diğer tepkimelerin denge sabitlerinin çarpımına eşittir.
DENGEYE ETKİ EDEN FAKTÖRLER
Dengedeki bir sisteme dışarıdan herhangi bir etki yapıldığında denge reaksiyonu
sağa veya sola kayarak tekrar dengeye gelmek ister. Yani dışarıdan yapılan
etkiye ters şekilde etki verir. Buna Le Chatelier prensibi denir.
1. Derişim
-
Tepkime dengede iken kaba X gazı eklemek hangi değişikliklere yol açar.
-
Reaksiyon sağa doğru kayar.
-
T miktarı ve derişimi artar.
-
Z miktarı artar ancak derişimi değişmez.
-
Y miktarı azalır.
-
X miktarı artar.
-
k sabiti değişmez. (Sadece sıcaklıkla değişir.)
-
Tepkime dengede iken kaptan bir miktar Y gazı alınırsa hangi değişiklikler
olur.
-
Kaba Z katısı eklemek hangi değişikliklere sabep olur?
2. Basınç - Hacim
Basıncın artması hacmin azalması demektir. Basınç artarsa reaksiyon mol sayısı
fazla olan taraftan az olan tarafa kayar. Mol sayısı eşit olan reaksiyonlarda
basınç - hacim değişiminin dengeye etkisi olmaz.
3. Sıcaklık
Sıcaklık k sabitini değiştirir. Denge sabitleri yalnızca sıcaklıkla değişir.
Denge tepkimelerinde ısı tıpkı bir madde gibi düşünülmelidir. Ekzotermik
reaksiyonlarda ısı sağ tarafa yazıldığından sıcaklık arttırılınca reaksiyon sola
kayar. K sabiti küçülür. Endotermik reaksiyonlarda ısı sol tarafa yazıldığından
sıcaklık arttırıldığında reaksiyon sağa kayar. K sabiti büyür.
Not 1 : Dengedeki bir tepkimeye katalizör kullanılması dengeyi etkilemez. Ancak
dengeye ulaşmamış reaksiyonlarda katalizör kullanılması, dengeye ulaşma hızını
arttırır.
Not 2 : Dengedeki bir reaksiyona, reaksiyona girmeyen herhangi bir madde eklemek dengeyi etkilemez.
DENGEYİ KONTROL
Herhangi bir anda reaksiyonun dengede olup olmadığının incelenmesi olayıdır.
Herhangi bir andaki bulunan derişimler denge ifadesinde yerine yazılır. Bulunan
değer Kd'ye eşit çıkarsa sistem dengededir, denilir. Bulunan değer Kd'den
büyükse reaksiyon sola doğru işliyor, bulunan değer Kd'den küçükse reaksiyon
ürünler yönüne (sağa doğru) işliyor, demektir.
Örnek - 2
1 lt'lik bir kapta 2 mol X, 3 mol Y, 1 mol T ve 1 mol Z bulunduğu anda;
I. Sistem dengededir.
II. Zamanla X ve Y miktarı artar.
III. Reaksiyon sağa doğru ilerler.
ifadelerinden hangisi ya da hangileri doğrudur?
Çözüm
Dengeyi kontrol etmek için verilen derişimler yerine konularak bulunan değer K'
olsun.
Gerçek denge sabiti Kd = 3 olduğundan tepkime sağa doğru kayacaktır. X ve Y
miktarları azalacak, Z ve T miktarları ise artacaktır.
Buna göre Cevap Yalnız III olur.
Şayet K' = Kd olsaydı, sistem dengededir ifadesi doğru olurdu. |