Notes

Kimyasal Denge ve Le Chatelier Prensibi

Denge: Kapalı bir sistemde,sabit sıcaklıkta gözlenebilir özelliklerin değişmezliği haline denge denir.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: Kimyasal denge kapalı bir sistemde kurulan basınç,sıcaklık,derişim vb. özelliklerin değişmediği sürece;
Derişimlerinin değişmemesi
İleri yöndeki tepkime hızının, geri yöndeki tepkime hızına eşit olması
Minimum enerji ile maksimum düzensizliğin uzlaşması
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 faz bir sıvıda çözünürse düzensizliği azalır.
Minimum Enerji: Bir reaksiyonda ısının bulunduğu taraf (endotermikte sol,ekzotermikte sağ minimum enerjili eğilimin olduğu taraftır.
Gözlenebilir olayların bitmesi, gözlenemeyen olayların devam etmesi durumudur.
Dengede olan bir sistem bazı faktörlerin değişmelerinden etkilenir.Sistemde denge tekrar kuruluncaya kadar reaksiyon ileri yada geri yönde tekrar başlar.
Dengeye etki eden faktörler şunlardır:
1. Reaktif veya ürünlerin reaksiyon kabına ilave edilmesi yada çıkarılması(Derişim)
2. Hacim veya Basıncın etkisi
3. Sıcaklığın etkisi
4. Katalizörün etkisi
Kimyasal dengeye etki eden faktörler üzerine geniş çaplı çalışmayı Henri-Louis Le Chatelier yapmıştır.




Kendi ismiyle anılan Le-Chatelier prensibine göre;
Eğer dengede olan bir sisteme sıcaklık,basınç ve derişimin değiştirilmesi ile bir etki yapılırsa, reaksiyon o etkiyi azaltacak yönde reaksiyon vererek (tepki göstererek) tekrar dengeye ulaşır.




Şimdi dengeye etki eden bu faktörleri tek tek ele alalım;


1-) Derişimin (Konsantrasyonun) Etkisi

Denge halindeki bir sisteme reaktif veya ürünlerden biri ilave edilirse o maddelerin derişimi artar.Denge bu maddeyi ve etkisini azaltacak yönde sağa yada sola kayar.Madde ilavesi reaksiyon denkleminin hangi tarafına yapılmış ise o tarafın hızı artar.Ancak bir süre sonra ileri ve geri yöndeki reaksiyon hızları eşitlenerek yeni denge kurulur.Bununla birlikte derişim değişikliğinin denge sabitinin sayısal değerine etkisi yoktur.

Kısacası;




•Eğer bir bileşen (reaktif veya ürün) dengedeki bir sistemden çıkarılırsa denge, etkiyi azaltacak yönde (sağa yada sola) kayar ve reaksiyondan çıkarılan bileşenden daha çok üretmeye başlar.Sistem tekrar dengeye ulaşıncaya kadar bu işlem devam eder.


•Eğer bir bileşen (reaktif veya ürün) dengedeki bir sisteme ilave edilirse denge, etkiyi azaltacak yönde (sağa yada sola) kayar ve reaksiyona eklenen bileşenden daha çok tüketmeye başlar.Sistem tekrar dengeye ulaşıncaya kadar bu işlem devam eder.


Şimdi;

A(g) + B(g)  C(k) + D(g)
tepkimesinde derişimlerin değişmesini inceleyelim

1. Denge sistemine sabit sıcaklıkta bir miktar A gazı eklenirse




• Reaksiyon ürünler yönüne kayar
• C ve D miktarı artar (A ve B arasındaki etkin çarpışmaların sayısı artarak daha fazla C ve D oluşur.) Katı olduğu için C nin derişimi değişmez.
• A miktarı,ilave edildiği anda artar; denge ürünlere kaydığı için daha sonra azalır.Azalma miktarı eklenen miktarın bir kısmıdır.Öyleyse ikinci dengede A nın miktarı başlangıçtakinden büyük olur.
• B miktarı,harcandığı için azalır.


2.Denge sisteminden bir miktar B gazı uzaklaştırıldığında
• Reaksiyon girenler yönüne kayar.
• A miktarı artar.
• D nin mol sayısı ve derişimi azalır.
• C nin mol sayısı azalır; derişimi değişmez.
• B nin bir miktarı ortamdan uzaklaştırıldığında denge girenler yönüne kayar; B tekrar oluşmaya başlar. Ancak dengedeki artış B nin derişimini başlangıç değerine ulaştırılamaz. B nin miktarı başlangıçtakinden az olur.



2-) Basınç ve Hacmin Etkisi

Basınç veya hacim sadece gaz reaksiyonlarında etkilidir.Bir gaz reaksiyonundaki reaksiyon kabının hacmini değiştirince(basıncı değiştirince) sistemdeki tüm maddelerin derişimleri değişecektir.
Örnek olarak aşağıdaki reaksiyonu ele alalım:

N2(g) + 3H2(g)  2NH3



Bu reaksiyonun hacmini yarıya indirelim.Bu durumda basıncın iki katına çıkması gerekir.Ancak Le Chatelier prensibi gereğince sistem basıncı azaltacak yönde tepki gösterir ve tekrar dengeye gelmek ister.Bu da ancak sistemin sağa doğru kaymasına yani NH3 üretmesiyle mümkündür.Reaksiyon yeniden dengeye geldiğinde NH3 ün mol sayısı artmış,N2 ve H2 nin mol sayıları ise azalmıştır.Toplam mol sayısındaki bu azalma basıncın 2 kattan daha küçük olması sonucunu doğurur.Böylece sistemin hacminin küçülmesi,daha çok ürün oluşmasına neden olur.Basıncın denge sabitinin sayısal değerine etkisi yoktur.

2CO(g) + O22CO2(g) tepkimesini inceleyelim;



Genel olarak basınç veya hacmin etkisini ele alırsak;
•Bir gaz dengesinde hacmin küçültülmesi,dengenin daha az mol sayısı içeren gazlar tarafına kaymasına neden olur.Hacmin artması ise dengenin daha fazla mol sayısı içeren gazlar tarafına kaymasını sağlar.



•Yukarıdaki ifadelerden çıkarılabileceği gibi reaktif ve ürün mol sayıları eşit olan reaksiyonlarda basıncın etkisi YOKTUR.


Bu ifadeye örnek bir reaksiyon;
N2(g) + O2(g) 2NO(g)
yazılabilir.Görüldüğü gibi ürünlerde 2 mol girenlerde de 2 mol madde vardır.
•Reaksiyon kabın,reaksiyona katılmayan bir gaz ilave edilirse,kapta toplam basınç artmakla beraber,reaktif ve ürün gazlarının kısmi basınçları değişmeyeceğinden denge de değişmez.

3-Sıcaklığın Etkisi



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.


4-Katalizörün Etkisi
Dengedeki bir sisteme katalizörün herhangi bir etkisi yoktur.Dengeye ulaşmamış sistemlerde katalizör kullanılırsa, dengeye ulaşma hızı artar ancak; dengedeki madde miktarı değişmez.
Katalizör hem ileri hem geri tepkimenin hızını aynı oranda arttırır.Hız sabitleri oranını (Ki/Kg) yani Kc değerini değiştirmez.


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.