KİMYASAL DENGE

Denge: Kapalı bir sistemde,sabit sıcaklıkta gözlenebilir olayların bitmesi, gözlenemeyen olayların devam etmesi durumudur.

Kimyasal ve fiziksel denge olmak üzere 2’ye ayrılır;

Fiziksel Denge: Maddelerin iç yapısı değişmeden fiziksel halleri (katı,sıvı,gaz) arasında belirli şartlarda kurulan dengeye denir.

Kimyasal Denge: Kapalı bir sistemde kurulan basınç,sıcaklık,derişim vb. özelliklerin değişmediği sürece;

a) Derişimlerinin değişmemesi
b) İleri yöndeki tepkime hızının, geri yöndeki tepkime hızına eşit   olması
c) Minimum enerji ile maksimum düzensizliğin uzlaşmasıdır.

Maksimum Düzensizlik: Sıvılar katılara göre daha düzensiz,gazlar sıvılara göre daha düzensizdir.Mol sayısı fazla olan gaz az olana 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) minimum enerjili eğilimin olduğu taraftır.

Bir tepkimede minimum enerjiye eğilim ilkesi denklemin bir tarafına doğru, maksimum düzensizliğe eğilim ilkesi denklemin diğer tarafına doğru ise olay denge reaksiyonudur (çift yönlüdür), her iki eğilim de aynı yönü destekliyorsa olay tek yönlüdür.

 

  

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 :
                            r_i

 A X(g) + b Y(g)     ⇔         c Z(g) + d T(g)
                            r_g

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 r_i  = k₁ [X]^a . [Y]^b
Geri yöndeki r_g = k₂ [Z]^c . [T]^d

Denge durumu r_i = r_g dir. Değerleri yerine koyup düzenlersek;
            

      k₁ [X]^a . [Y]^b = k₂ [Z]^c . [T]^d

 

     [Z]^c.  [T]^d       k₁      

        — —— — — — —    =  —    =  K_c                                             

       [X]^a  . [ Y]^b      k₂

Kc’ye derişimler cinsinden denge sabiti denir.

 

Bu eşitlik şu şekilde ifade edilir.         Kc =    [Ürünler]               

                                                     [Girenler]     

NOT : Denge sabitine katı ve sıvı fazdaki maddeler yazılmaz, gaz fazındaki ve suda çözünmüş durumdaki maddeler yazılır.

 

 Bazı reaksiyonlar için denge sabitini yazalım.

     

2 X(s) + Y(g)     ⇔  Z(s)  + 2 T(g)  

CaCO₃ (k)        ⇔ CaO(k) + CO₂ (g)

 4NH_3(g)  + 5 O_{2(g)      ⇔}     4N₂O_(g) + 6H₂O _(g)

 

 KISMİ BASINÇLAR TÜRÜNDEN DENGE SABİTİ (Kp)

Bazı reaksiyonlar için denge sabitini kısmi basınçlar cinsinden yazalım.

CaCO₃ (k)     ⇔  CaO(k) + CO₂ (g)  

 

N₂ (g)+ 3 H₂ (g)    ⇔   2 NH₃  (g)     

                             

C(k) + O₂(g)     ⇔   CO₂(g)  

 

 Kp ile Kd arasında    Kp = Kc.(RT)^Dn   ilişkisi vardır.

Dn : (Ürünlerin mol sayısı - Girenlerin mol sayısı)
R : Gaz sabiti
T : Mutlak sıcaklık (°K)

Not: Dn= 0 olduğu durumlarda Kp ile Kc eşit olacaktır.

Örnek: Aşağıdaki tepkimelerin Kp ile Kc arasındaki  bağıntıyı yazınız.

 

a) N_2(g) + 3 H_2(g)    ⇔   2NH_3(g)

 

b) 4NH_3(g)  + 5 O_{2(g)     ⇔}     4N₂O_(g) + 6H₂O _(g)

 

c) Ba⁺²_(aq) + 2 Cl^-1_(aq)   ⇔      BaCl_{2 (k)}

 

d) CaCO₃ (k)    ⇔    CaO(k) + CO₂ (g)

 

Örnek: N_2(g) + 3 H_2(g)    ⇔      2NH_3(g) tepkimesi için 0⁰C



de Kc=1/22,4 ise Kp değerini bulunuz.

 

 ÖDEV:Ders kitabı sayfa 100 ve 101 deki öğrendiklerimizi uygulayalım yapılacak.

 

DENGE SABİTİNİN DEĞİŞİMİ

1.Bir denge reaksiyonu ters çevrilirse, K denge sabiti 1/K  olarak alınır.

 
2.Bir tepkimenin katsayıları n ile çarpılırsa, K'nın n'ninci kuvveti (Kⁿ )alınır.

 

3.Herhangi bir tepkime diğer tepkimelerin toplamından oluşuyorsa, bu tepkimenin K (denge sabiti), diğer tepkimelerin denge sabitlerinin çarpımına eşittir.

ÖDEV:Ders kitabı sayfa 104  deki öğrendiklerimizi uygulayalım yapılacak.

 

 DENGEYE ETKİ EDEN FAKTÖRLER
 

Le Chatelier (Lö Şatölye) Prensibi

‡ Bir sisteme dışarıdan bir etki yapıldığında sistem bu etkiyi azaltacak şekilde tepki gösterir.

1. Derişim

a)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.)

b)Tepkime dengede iken kaptan bir miktar Y gazı alınırsa hangi değişiklikler olur.

• Reaksiyon sola kayar.
• Z ve T’nin miktarı azalır.
• X miktarı artar.
• Y miktarı azalır.
• k sabiti değişmez.

c)Kaba Z katısı eklemek hangi değişikliklere sabep olur?

• Z katı olduğundan dengeyi etkilemez.

ÖDEV:Ders kitabı sayfa 111 deki öğrendiklerimizi uygulayalım yapılacak.

 

 2. 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.

ÖDEV:Ders kitabı sayfa 112 deki öğrendiklerimizi uygulayalım yapılacak.

 

3. 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.

ÖDEV:Ders kitabı sayfa 114 deki tablo 2.5 incelenecek

 

4.Katalizör

 Dengedeki bir tepkimeye katalizör kullanılması dengeyi etkilemez. Ancak dengeye ulaşmamış reaksiyonlarda katalizör kullanılması, dengeye ulaşma hızını arttırır.Katalizör her iki yöndeki tepkime hızını aynı oranda artırdığından K  yi değiştirmez.

Not   : Sabit sıcaklıkta dengedeki bir reaksiyona, reaksiyona girmeyen herhangi bir madde eklemek dengeyi etkilemez.Örneğin asal gaz eklenmesi.

DENGE KESRİ(YALANCI DENGE SABİTİ)

‡ Herhangi bir andaki denge bağıntısına Q dersek, sistemin dengede olup olmadığı K ile Q’nun karşılaştırılması ile bulunur.

‡ K = Q ise sistem dengededir.

‡ K < Q ise sistem dengeye ulaşmak için girenler lehinde yürür.

‡ K > Q ise sistem dengeye ulaşmak için ürünler lehinde yürür.

Örnek:  2X +  Y  ⇔ Z + T     Kc=3

1 lt'lik bir kapta gaz fazında gerçekleşen tepkimede 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' yada Q  olsun.

Q=1.1/2².3= 1/12 bulunur.

Gerçek denge sabiti Kc = 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' = Kc olsaydı, sistem dengededir ifadesi doğru olurdu.

 

 Denge sabiti ile ilgili hesaplamalar yapılırken reaksiyona giren maddelerin başlangıç miktarları yazılır, dengeye ulaşıldığında harcanan ve oluşan maddeler hesaplanarak denge anındaki derişimler hesaplanır.

Örnek 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 Kc’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.

Kc= 2²/3.4³=1/48 bulunur. 

 

ÖDEV:Ders kitabı sayfa 106 daki öğrendiklerimizi uygulayalım yapılacak.

 

                      N₂      3 H₂         2 NH₃        

N₂ (g)+ 3 H₂ (g)    ⇔    2 NH₃  (g)