Kimyasal Tepkimelerde Denge

Bu konuda ne öğreneceksin

Amonyak üretiminde fabrikalar neden yüksek basınç kullanır? Kapalı bir şişedeki gazoz neden kendiliğinden köpürmez ama kapağı açılınca köpürür? Birçok tepkime sonuna kadar gitmez, belli bir noktada durur gibi görünür. Aslında tepkime durmaz, ileri ve geri tepkimeler aynı hızla sürer. Bu konuda dinamik dengeyi, denge sabiti ($K_c$, $K_p$) hesaplarını, Q ile K karşılaştırmasını ve Le Chatelier ilkesini öğreneceksin. Denge, AYT Kimya'nın en çok soru çıkan başlıklarındandır.

1. Dinamik denge

Kapalı kapta tersinir bir tepkimede ileri tepkime hızı geri tepkime hızına eşitlendiğinde denge kurulur. Özellikler:

• Makroskobik özellikler (derişim, renk, basınç) sabit kalır.
• İleri ve geri tepkimeler durmaz, hızları eşittir. Bu yüzden denge dinamiktir.
• Denge, kapalı sistemde kurulur ve iki yönden de kurulabilir.
• Katalizör dengeye daha çabuk ulaştırır, denge noktasını değiştirmez.

2. Denge sabiti

$\text{aA}+\text{bB}\rightleftharpoons\text{cC}+\text{dD}$ için derişimlerle:

$K_c=\dfrac{[C]^c\,[D]^d}{[A]^a\,[B]^b}$

Gazlarda kısmi basınçlarla $K_p$ yazılır. İki sabit arasında $K_p=K_c(RT)^{\Delta n}$ ilişkisi vardır ($\Delta n$: gaz ürün mol sayısı eksi gaz giren mol sayısı).

Kurallar:

• Saf katılar ve sıvılar denge ifadesine yazılmaz. $\text{CaCO}_3(k)\rightleftharpoons\text{CaO}(k)+\text{CO}_2(g)$ için $K_c=[\text{CO}_2]$.
• $K$ büyükse denge ürünler yönündedir, küçükse girenler yönündedir.
• Tepkimeyi ters çevirince $K\rightarrow\dfrac{1}{K}$.
• Tepkimeyi $n$ ile çarpınca $K\rightarrow K^n$.
• Tepkimeleri toplayınca $K$'ler çarpılır.

Örnek: $\text{N}_2+3\text{H}_2\rightleftharpoons2\text{NH}_3$ dengesinde $[\text{N}_2]=1$, $[\text{H}_2]=2$, $[\text{NH}_3]=2\ \text{M}$ ise $K_c=\dfrac{2^2}{1\cdot2^3}=0{,}5$.

3. Q ile K karşılaştırması

Tepkime kabında anlık derişimlerle hesaplanan $Q$ (denge bölümü), $K$ ile karşılaştırılır:

• $Q<K$: Sistem dengede değil, ileri yönde ilerler.
• $Q=K$: Denge.
• $Q>K$: Geri yönde ilerler.

Örnek: $\text{H}_2+\text{I}_2\rightleftharpoons2\text{HI}$, $K_c=50$. Kapta $[\text{H}_2]=[\text{I}_2]=0{,}1$ ve $[\text{HI}]=1\ \text{M}$ ise $Q=\dfrac{1^2}{0{,}1\cdot0{,}1}=100>50$. Tepkime geri yönde ilerler.

4. Le Chatelier ilkesi

Dengedeki sisteme dışarıdan bir etki yapılırsa sistem, etkiyi azaltacak yönde yeni bir denge kurar.

Hacim ve basınç değişince mol sayısının eşit olduğu denklemlerde kayma olmaz ($\text{H}_2+\text{I}_2\rightleftharpoons2\text{HI}$ gibi). Derişim ya da basınç değişince denge kayar ama $K$ aynı kalır. Sıcaklık değişince denge kayar ve $K$ değişir: ekzotermik tepkimede sıcaklık artınca $K$ azalır.

Örnek: $\text{N}_2+3\text{H}_2\rightleftharpoons2\text{NH}_3$, $\Delta H=-92\ \text{kJ}$. Kabın hacmi küçülürse (gaz mol sayısı $4\rightarrow2$) denge ürünler yönüne, yani $\text{NH}_3$ artacak şekilde kayar. Sıcaklık artarsa endotermik yön, yani girenler yönü tercih edilir. Amonyak üretiminde (Haber) yüksek basınç ve orta sıcaklık bu yüzden seçilir.

5. Sık yapılan hatalar

• Katı ve sıvıları denge ifadesine yazmak.
• Kuvvet olarak katsayıyı yazmayı unutmak.
• Katalizörün dengeyi kaydırdığını sanmak.
• Sabit hacimde soygaz eklenince dengenin kaydığını sanmak.
• Basınç ya da derişim değişince $K$'nin değiştiğini düşünmek.
• $Q$ ile $K$'yi birbirine karıştırmak.

6. Konuyu toparla

Mini test

Kendini dene

Yanlış yaptığın soruları yanlış soru defterine ekleyebilirsin. Birkaç gün sonra tekrar karşına çıkar.