Tersinir tepkimeler ve dinamik denge; fiziksel ve kimyasal değişimlerde denge; dengeye gelme sürecinde ileri ve geri tepkime hızları; denge sabiti ifadesinin yazılması (Kc, Kp; katı ve saf sıvıların yazılmaması), denge sabitinin anlamı; tepkime oranı (Q) ile dengenin yönünü tahmin etme; Le Chatelier ilkesi: derişim, hacim-basınç, sıcaklık ve katalizörün dengeye etkisi; Haber-Bosch amonyak üretimi.
Tersinir tepkimeler ve dinamik denge
Tersinir tepkime: Ürünlerin tekrar tepkenlere dönüşebildiği tepkime (⇌)
Denge: İleri tepkime hızı = geri tepkime hızı olduğunda ulaşılan durum
- Dinamiktir: Tepkimeler durmaz, iki yönde aynı hızla sürer.
- Gözlenebilir özellikler (renk, basınç, derişim) sabit kalır.
- Yalnızca kapalı sistemde ve sabit sıcaklıkta kurulur.
Fiziksel denge: Kapalı kapta su ⇌ su buharı (buharlaşma hızı = yoğuşma hızı) · doymuş çözeltide çözünme ⇌ çökelme
Kimyasal denge: N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) (renksiz ⇌ kahverengi)
Denge sabiti ve tepkime oranı
aA + bB ⇌ cC + dD için:
Kc = [C]ᶜ · [D]ᵈ / ([A]ᵃ · [B]ᵇ)
- Katı (k) ve saf sıvılar (s) ifadeye yazılmaz (derişimleri sabittir).
- Gaz tepkimeleri için kısmi basınçlarla Kp de yazılabilir.
- Kc büyükse (≫ 1) dengede ürünler fazla, tepkime ürünler lehine; küçükse (≪ 1) tepkenler lehine
- Kc yalnızca sıcaklıkla değişir.
- Denklem ters çevrilirse K → 1/K; katsayılar n katına çıkarsa K → Kⁿ
Örnek: H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g), dengede [H₂] = [I₂] = 0,1 M, [HI] = 0,8 M → Kc = 0,64/0,01 = 64
Tepkime oranı (Q): Herhangi bir anda Kc ile aynı biçimde hesaplanır.
- Q < K → tepkime ileri yönde ilerler · Q > K → geri yönde · Q = K → dengede
Le Chatelier ilkesi
Le Chatelier ilkesi: Dengedeki bir sisteme dış etki yapılırsa sistem bu etkiyi azaltacak yönde kayar.
Örnek: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) ΔH = −92 kJ (ekzotermik)
| Etki | Dengenin kayma yönü | Kc |
|---|---|---|
| N₂ veya H₂ eklemek | İleri (ürünler) | Değişmez |
| NH₃’ü ortamdan almak | İleri | Değişmez |
| Hacmi küçültmek / basıncı artırmak | Mol sayısı az olan tarafa → ileri (4 mol → 2 mol) | Değişmez |
| Sıcaklığı artırmak | Endotermik yöne → geri | Küçülür |
| Katalizör | Kaymaz; dengeye daha hızlı ulaşılır | Değişmez |
Haber-Bosch yöntemi: Gübre üretimi için amonyak; yüksek basınç (≈ 200 atm), orta sıcaklık (≈ 450 °C) ve demir katalizör kullanılır → verim ile hız arasında denge kurulur.
Kavramlar
- tersinir tepkime
- iki yönde gerçekleşebilen tepkime
- dinamik denge
- iki yönde eşit hızla süren denge
- denge sabiti
- dengedeki derişim oranı
- tepkime oranı
- herhangi bir andaki derişim oranı
- Le Chatelier ilkesi
- dengenin dış etkiye karşı kayması
- Denge: ileri hız = geri hız; dinamik
- Kc = [ürünler]/[tepkenler] (üslü); katı-sıvı yazılmaz
- K yalnızca sıcaklıkla değişir
- Q < K ileri, Q > K geri
- Le Chatelier: sistem etkiyi azaltan yöne kayar
- Katalizör dengeyi kaydırmaz, dengeye ulaşmayı hızlandırır
Örnek soru ve çözümü
Grafiğe göre ileri ve geri tepkime hızları ne zaman eşitlenir? Bu andan sonra derişimler nasıl değişir?
Yaklaşık 40. zaman biriminde iki hız eşitlenir ve denge kurulur. Bundan sonra tepkimeler sürer ama derişimler sabit kalır (dinamik denge).
Çözümlü örnekler
1. CaCO₃(k) ⇌ CaO(k) + CO₂(g) tepkimesinin Kc ifadesi nedir? Kolay
ÇözümKc = [CO₂] (katılar yazılmaz).
2. 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ için Kc = 4 ise 2SO₃ ⇌ 2SO₂ + O₂ için Kc kaçtır? Orta
Çözüm1/4 = 0,25.
3. H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) dengesinde kabın hacmi küçültülürse denge nasıl etkilenir? Zor
ÇözümHer iki tarafta 2 mol gaz olduğu için basınç değişimi dengeyi kaydırmaz; yalnızca tüm derişimler aynı oranda artar.
Sık yapılan hatalar
- Dengede tepkimelerin durduğunu sanmak.
- Katalizörün dengeyi ürünler lehine kaydırdığını düşünmek.
- Derişim değişiminin Kc’yi değiştirdiğini sanmak.
Biliyor muydun?
Haber-Bosch yöntemiyle üretilen amonyak gübreleri sayesinde bugün dünya nüfusunun yaklaşık yarısının beslenebildiği tahmin edilir!