KİMYASAL DENGE - 11. Sınıf (AYT Kimya) - Kimya Budur

KİMYASAL DENGE

KİMYASAL DENGE

*Bu bölümde kimyasal denge tepkimeleri ele alınır. Denge bağıntısı yazılır ve hesaplanır. Denge kesri ile tepkimenin denge kontrolü yapılır. Kısmi basınçlar cinsinden denge sabiti hesaplanır. Tepkimedeki değişimlerle denge sabiti arasındaki ilişki verilir.

FİZİKSEL VE KİMYASAL DEĞİŞİMLERDE DENGE

Kimyasal ve fiziksel tepkimelerde kimyasal türler arasındaki etkileşim ne kadar az ise düzensizlik eğilimi o kadar fazladır. Bununla birlikte türlerin düşük enerjili durumu tercih etmeleri de minimum enerjiye eğilimi gösterir.

Tepkimelerde maksimum düzensizlik eğilimi ile minimum düzensizlik eğilimi zıt yönde olduklarında denge durumu söz konusudur. Bu tür tepkimeler denge tepkimesidir.

Buzun ısınması ile sıvı ve buhara dönüşmesi fiziksel denge olayına örnektir:

maksimum düzensizlik minimum eğilim

Maksimum düzensizliğe eğilim:

  • Katıların sıvı içinde çözünmesinde,
  • Erime, buharlaşma, süblimleşme olaylarında,
  • Büyük yapıların daha küçük birimlere ayrışmasında (sentez) ürünler yönünedir.

Minimum enerjiye eğilim ısı yönünedir.

  • Ekzotermik tepkimelerde ürünler yönüne,
  • Endotermik tepkimelerde girenler yönünedir.

Denge tepkimeleri, gözlenebilen olayların değişmediği, gözlenemeyen olayların değiştiği dinamik olaylardır. Denge tepkimelerine tersinir (çift yönlü) tepkime de denir. Denge tepkimeleri çift yönlü okla () gösterilir. Denge durumunda maddelerin derişimleri sabittir. İleri yöndeki tepkime hızının geri yöndeki tepkime hızı eşit olduğu anda denge kurulur.

Atmosferde ozon gazı ile oksijen gazı arasında kimyasal denge görülür:

oksijen-ozon dengesi

DENGE SABİTİ (Kc)

Denge anında ileri yöndeki hız ile geri yöndeki hız eşit olduğundan her iki yönde elde edilen hız bağıntıları arasında eşitlik kurulur:

denge sabiti

Denge sabiti ürünlerin derişimleri çarpımının girenlerin derişimleri çarpımına oranı ile bulunur. Denge tepkimesindeki katsayılar denge bağıntısında derişimin üssü olarak yazılır.

Aşağıdaki tepkimeleri ve denge bağıntılarını inceleyelim.

denge örnekleri

Denge bağıntısına gazlar ve sulu çözeltilerin derişimi yazlılır. Katı ve sıvılar denge bağıntısında yer almaz.

Denge tepkimesi, tepkimeye katılan maddeler aynı fazda ise homojen denge, farklı fazda ise heterojen denge adını alır.

 

Örnek-1

N2(g)  +  3H2(g)      2NH3(g)

tepkimesinde, bileşenlerin 25 C’taki denge derişimleri [N2]: 0,02 M, [H2]: 0,05 M, [NH3]: 0,001 M dır.

Buna göre tepkimenin denge sabitini bulunuz.

ÇÖZÜM:

DENGE KESRİ (Qc)

Herhangi bir anda tepkimedeki bileşenlerin derişimleri hesaplanıp denge bağıntısında yerine yazıldığında elde edilen değere denge kesri denir. Denge kesri Q ile ifade edilir. Bu değer K ile karşılaştırılarak tepkimenin denge kontrolü yapılır.

Qc = Kc  ise tepkime dengededir.

Qc < Kc  ise tepkime dengeye ulaşmak için ürünler yönüne hareket eder.

Qc > Kc  ise tepkime dengeye ulaşmak için girenler yönüne hareket eder.

 

Örnek-2

H2(g) + Cl2(g)      2HCl(g)

tepkimesinin 200 oC’deki denge sabiti 4’tür. 2 L’lik tepkime kabına 2 mol H , 4 mol Cl ve 2 mol HCl gazları konuyor.

Buna göre tepkime dengede midir?

ÇÖZÜM:

Gazların mol sayıları kabın hacmine bölünerek molar derişimi bulunur:

Qc < Kc olduğundan sistem dengede değildir ve tepkime ürünler yönüne ilerler.

KISMİ BASINÇLAR CİNSİNDEN DENGE SABİTİ (Kp)

Gaz fazındaki bileşenlerin kısmi basınçları dikkate alınarak denge bağıntısı yazılabilir. Derişim cinsinden elde edilen denge bağıntısında olduğu gibi ürünlerin kısmi basınçları çarpımı girenlerin kısmi basınçları çarpımına oranlanır. Katsayılar üs olarak yazılır.

aA(g) + bB(g)     cC(g)  +  dD(g)

tepkimesinin Kp bağıntısı aşağıdaki gibidir:

Kp – Kc İLİŞKİSİ

Kapalı bir kapta sabit sıcaklıkta gerçekleşen,

aA(g) + bB(g)     cC(g)  +  dD(g)

tepkimesi için Kp ve Kc değerleri arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir.

Kp = Kc . (RT)Δn

Δn: Ürünlerin toplam mol sayısı – girenlerin toplam mol sayısı: (c+d) – (a+b)

R: 0,082 ya da 22,4/273 L.atm/mol.K

 

Örnek-3

N2(g)  +  3H2(g)      2NH3(g)

tepkimesinin 127 oC’de derişimler cinsinden denge sabiti (Kc) 33,62 dir. Buna göre tepkimenin kısmi basınçlar cinsinden denge sabiti kaçtır?

ÇÖZÜM:

KİMYASAL TEPKİMELERLE DENGE SABİTİ İLİŞKİSİ

1.Denge herhangi bir sayı ile çarpıldığında, çarpılan sayı denge sabitine üs olarak yazılır:

N2(g)  +  3H2(g)      2NH3(g)       K1

2N2(g)  +  6H2(g)      4NH3(g)     K2 = (K1)2

2.Denge herhangi bir sayıya bölündüğünde, bölünen sayı denge sabitine kök olarak yazılır:

N2(g)  +  3H2(g)      2NH3(g)             K1

1/2N2(g)  +  3/2H2(g)      1NH3(g)    K2 = (K1)1/2 = √K1

3.Denge ters çevrildiğinde, denge sabiti 1/Kc değerini alır:

N2(g)  +  3H2(g)      2NH3(g)       K1

2NH3(g)    3H2(g)   +  N2(g)         K2 = 1/K1

4.Basamaklı tepkimelerde basamaklar toplandığında elde edilen net tepkimenin Kc değeri basamakların Kc değerlerinin çarpımına eşittir:

Örnek-4

  1. CO2(g)     C(k) + O2(g)                             K1 = 4
  2. H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(g)                       K2 = 2
  3. 2CO2 (g) + 4H2O(g) ↔  2CH4(g) + 4O2(g)  K3 = 9

olduğuna göre;

C(k) + 2H2(g)  ↔   CH4(g) tepkimesinin entalpisi kaç kj’dür?

ÇÖZÜM: 

1.tepkime ters çevrilir,

2.tepkime 2 ile çarpılır,

3. tepkime ise 2’ye bölünür ve tepkimeler alt alta toplanarak net tepkime elde edilir.