Kimyasal Dengeyi Etkileyen Faktörler

Kimyasal dengeyi etkileyen etmenler nelerdir? Bu etmenlerin tek tek incelenmesi ve denge üzerindeki etkileri.

KİMYASAL DENGEYİ ETKİLEYEN ETMENLERİN İNCELENMESİ

Denge halinde bulunan bir sisteme yapılan etkinin nitel açıklanması;

1) Denge bağıntısına göre
2) Kimyasal kinetiğe göre (çarpışma kuramından yararlanarak)
3) Le Chatelier ilkesine göre yapılır.

Le Chatelier İlkesi: Denge halindeki bir sisteme dışarıdan bir ETKİ YAPILDIĞINDA, sistem bu etkiyi AZALTACAK YÖNDE TEPKİ gösterir.

DENGEYİ ETKİLEYEN ETMENLER

Denge halindeki bir sisteme,

1) Derişim
2) Basınç veya hacim
3) Sıcaklık etki eder.

► Derişim, basınç veya hacmin değiştirilmesi sadece denge derişimlerini etkiler, denge sabitini değiştirmez.

► Sıcaklık değiştirilmesi denge derişim-lerinin ve denge sabitinin değişimine neden olur.

1) Derişimin Dengeye Etkisi:

Denge halindeki bir sistemde; tepkimeye girenlerden ya da çıkanlardan biri veya tümünün derişimi artırılır ya da azaltılabilir. Bu durumda denge bir yönün lehine denge durumuna ulaşana dek bozulur.

ÖRNEK:

$\displaystyle {{\text{H}}_{2}}\text{(g) + B}{{\text{r}}_{\text{2}}}\text{(g)}\rightleftarrows \text{2HBr(g)}$

tepkimesi denge halinde iken; $\displaystyle {{\text{H}}_{2}}\text{(g)}$ derişimi artırılırsa,

A) Kinetiğe göre: Kaptaki $\displaystyle {{\text{H}}_{2}}$ moleküllerinin sayısı artar. $\displaystyle \text{B}{{\text{r}}_{\text{2}}}$ molekülleri ile çarpışma sayısı artacağından ileri doğru olan tepkime hızı artar. Yeniden denge kuruluncaya dek (ileri ve geri tepkime hızları eşit olana dek) HBr oluşumu sürer.

B) Denge bağıntısına göre: Bu sistem denge halinde iken;

$\displaystyle K=Q=\frac{{{\left[ HBr \right]}^{2}}}{\left[ {{H}_{2}} \right]\left[ B{{r}_{2}} \right]}$

$\displaystyle {{\text{H}}_{2}}$ derişimi artırıldığında eşitlik bozulur, (payda büyür) Eşitliğin yeniden sağlanması için $\displaystyle {{\text{H}}_{2}}$ ve $\displaystyle \text{B}{{\text{r}}_{\text{2}}}$ birleşerek HBr’ü oluşturur. (denge kuruluncaya dek değişim bir yönün lehine daha fazla oluşur.)

C) Le Chatelier İlkesine göre: $\displaystyle {{\text{H}}_{2}}\text{(g) }$ derişimini artırmakla denge halindeki sisteme ETKİ yapılıyor. Sistem bu etkiyi azaltacak yönde TEPKİ gösterir. Bu da $\displaystyle {{\text{H}}_{2}}$ molekülleri ile $\displaystyle \text{B}{{\text{r}}_{\text{2}}}$ moleküllerinin tepkimeye , girerek HBr derişimini artırmasıyla olur. Denge kurulana dek, ileri tepkime hızı geri tepkime hızından fazladır.

► Tepkimeye girenlerden birinin ya da girenlerin derişimi artırılırsa; ileri tepkime hızı artar, denge haline ulaşılıncaya dek ürünlerin derişimi artar.

► Tepkime ürünlerinin ya da ürünlerden birinin derişimi artırılırsa; geri tepkime hızı artar. Denge girenler lehine bozulur. Denge kuruluncaya dek giren maddelerin derişimi artar.

► Tepkimeye girenlerden biri veya tümünün derişimi azaltılırsa, ya da ortamdan uzaklaştırılırsa, tepkime denge kurulana dek girenler lehine yürür.

► Tepkime ürünlerinden biri veya tümünün derişimi azaltılırsa, tepkime denge kurulana dek ürünler lehine yürür.

SONUÇ: Derişim değiştirilerek denge hali bozulduğunda; tepkime yeniden denge kuruluncaya dek bir yönün lehine bozulur. Bu durumda derişimler değişir. Fakat denge sabiti (Kd) değişmez.

2) Basınç ya da hacmin dengeye etkisi: Tepkime kabının hacmi değiştirilerek (basınçla hacim ters orantılı olduğundan) gaz halindeki maddelerin bulunduğu denge sistemine basınç ya da hacmin etkisi incelenebilir.

ÖRNEK:

$\displaystyle {{\text{N}}_{\text{2}}}\text{(g) + 3}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{(g) }\rightleftarrows \text{2N}{{\text{H}}_{3}}\text{(g) }$

tepkimesi sabit sıcaklıkta 1 litrelik kapta denge halinde bulunsun.

HACİM azaltılırsa (Basınç artar)

A) Kinetiğe göre:

Birim hacimdeki tanecik sayısı arttığından çarpışma sayısı artar. İleri tepkime hızı artar. Bu tepkime denkleminde girenlerin mol sayıları ürünlere göre daha fazla olduğundan, N2 ve H2 moleküllerinin çarpışma sayısı NH3 moleküllerine göre daha çok artar. Yeniden denge kuruluncaya kadar NH3 oluşur.

2) Denge bağıntısına göre:

$\displaystyle K=\frac{{{\left[ N{{H}_{3}} \right]}^{2}}}{\left[ {{N}_{2}} \right]{{\left[ {{H}_{2}} \right]}^{3}}}$

Derişim yerine $\displaystyle \frac{n}{V}$ yazılırsa:

$\displaystyle K=\frac{{{\left[ \frac{nN{{H}_{3}}}{V} \right]}^{2}}}{\left[ \frac{n{{N}_{2}}}{V} \right]{{\left[ \frac{n{{H}_{2}}}{V} \right]}^{3}}}=\frac{nN{{H}_{3}}^{2}}{n{{N}_{2}}.n{{H}_{2}}^{3}}.{{V}^{2}}$

bulunur.

V= Kabın hacmi

Hacim (V) azaltılırsa denge bağıntısı bozulur. Yeniden dengeye ulaşabilmek için $\displaystyle N{{H}_{3}}$ gazının mol sayısı artmalıdır. Bunun için $\displaystyle {{N}_{2}}$ ve $\displaystyle {{H}_{2}}$ gazları tepkimeye girerek, $\displaystyle N{{H}_{3}}$ oluştururlar.

3) Le Chatelier İlkesine göre:

Hacmin azaltılması (basıncın artırılması) sisteme yapılan etkidir. Sistem bu etkiyi azaltacaktır. (Basıncı azaltacak yönde tepki gösterir.) Gaz basıncı mol sayısıyla doğru orantılı olduğundan basıncın azalması için denge mol sayısının az olduğu yöne kayar.

$\displaystyle {{N}_{2}}\left( g \right)+3{{H}_{2}}\left( g \right)\rightleftarrows 2N{{H}_{3}}\left( g \right)$

Tepkime denkleminde sol tarafta toplam 4 mol, sağ tarafta 2 mol gaz olduğundan basıncın azalması için denge NH3 oluşumu yönüne kaymalıdır.

ÖRNEK:

$\displaystyle {{N}_{2}}(g)+{{O}_{2}}(g)\rightleftarrows 2NO(g)$

denge halindeki bu sistemin hacmi artırılırsa denge bir yönün lehine etkilenir mi ?

ÇÖZÜM:

Tepkime denklemindeki girenlerin (gaz halde) mol sayısı toplamı, ürünlerin (gaz halde) mol sayısı toplamına eşit olduğundan denge halindeki bu sisteme basınç ya da hacmin etkisi yoktur. Denge bir yönün lehine değişmez.

► SONUÇ: Gaz fazında maddelerin bulunduğu denge halindeki sistemin hacmi küçültülürse (basıncı artırılırsa) tepkime yeniden denge kuruluncaya dek mol sayısının az olduğu yöne doğru yürür.

► Denge halindeki sistemde giren ve çıkan gazların tepkime denklemindeki mol sayıları toplamları eşitse hacmin (basıncın) değiştirilmesinin dengeye etkisi yoktur.

► Denge halindeki sistemde katı ve sıvılar varsa basıncın dengeye etkisi ihmal edilecek kadar azdır.

► Basınç yada hacim değişimi denge halindeki sistemi etkilediğinde sadece denge derişimleri değişir, denge sabitinin değeri değişmez.

3) Sıcaklığın etkisi:

► Denge halindeki sistemin sıcaklığı değiştirildiğinde denge derişimleri ve denge sabiti değişir.

► Çift yönlü (tersinir) tepkimelerde verilen tepkime ısısı veya entalpi değişimi soldan sağa doğru olan (ileri) tepkime içindir.

1) Endotermik tepkimelerde sıcaklığın etkisi:

$\displaystyle A(g)+B(g)\rightleftarrows C(g)+D(g)$

$\displaystyle \Delta H=+10kkal$

Bu tepkimede sıcaklık artırıldığında sisteme verilen ısının harcanması gerekir. Isının harcanması endotermik yönde olur. Bu nedenle A ve B gazları tepkimeye girerek, C ve D gazlarını oluşturur. Yeni dengeye ulaşıldığında, ilk hale göre C ve D nin derişimi artar, A ve B nin derişimleri azalır. Denge bağıntısında pay büyür, payda küçülür; dolayısıyla denge sabiti büyür.

2) Ekzotermik tepkimelerde sıcaklığın etkisi:

$\displaystyle \text{C(g) + D(g) }\rightleftarrows A\text{(g)}+B\text{(g)}$

$\displaystyle \Delta H=-10kkal$

Sıcaklık artırıldığında, sisteme verilen ısı endotermik yönde (girenler yönünde) harcanır. C ve D’nin derişimi artarken, A ve B’nin derişimleri azalır. Denge bağıntısında pay küçülür, payda büyür, dolayısıyla denge sabiti küçülür.

SONUÇ: Denge halindeki sistemin sıcaklığı değiştirildiğinde sistem yeni bir denge haline ulaşır.

Sıcaklık artırılırsa;

Endotermik tepkimelerde ürünlerin derişimi artar, denge sabiti büyür. Ekzotermik tepkimelerde girenlerin derişimi artar, denge sabiti küçülür.

KATALİZÖRÜN ETKİSİ:

Katalizörler ileri ve geri aktiflenme enerjilerini aynı oranda düşürdüklerinden denge halindeki sistemde tepkimeyi bir yönün lehine değiştirmezler. Eğer başlangıçta, kaba katalizör konulursa, denge haline daha çabuk ulaşılır.

► Tepkime hızı tepkime mekanizmasına bağlıdır. Mekanizmadaki yavaş basamak tepkime hızını belirler. Denge hali ise mekanizmaya bağlı olmayıp tepkimeye giren maddelerle ürünlerin derişimine bağlıdır.