KİMYASAL DENGE VE LE CHATELIER PRENSİBİ

GÜNLÜK HAYATTA DENGE :

       Denge ile hayatımızın her alanında karşılaşabiliriz.İşte bunlardan birkaçı...

Diş minesi hidroksiapatit mineralinden oluşmuştur. Bu mineral asidik çözeltide çözünür. Dişler arasında yaşayan bakteriler salgıladıkları asitlerle florürapatiti hidroksiapatite dönüştürerek diş minesini çözer.Dişler florlü diş macunu ile fıraçalanırsa olay tersine döner ve hidroksiapaptit florürapatite dönüşür.

Her bireyin beyninin bireysel şekillenmesi kendine özgü bir yapı oluşturmaktadır. Dolayısıyla dışarıdan ve içeriden gelen zorlayıcı etkenlere (streslere) karşı dayanma eşiği de farklıdır. Bu eşik düzeyi aşan her etken homeostatik dengeyi bozabilir. Geçici durumlarda denge tekrar kurulur ve normal işlevselliğe geçilir.

Kan şekeri normal değerlerin altına düştüğünde, pankreastan insülin hormonunun salgılanması azaltılmaktadır. Bu hormon, kan şekeri seviyesinin düşürür. Kan şekeri 67 mg/dl’nin altına indiğinde ise, kan şekerini yükselten , insülinle ters yönde çalışan hormonların salgılanması artmaktadır. Bu karşı-düzenleyici sistem, hayatın sürdürülmesinde mevcut denge sistemlerinin en önemlilerindendir.

NİÇİN DENGE ?

         Bir tepkimenin dengede olabilmesi için iki şart vardır:

• Minumum enerjiye eğilim
• Maksimum düzensizliğe eğilim

• Eğer minimum enerjiye eğilim ile maksimum düzensizliğe eğilim aynı yönü destekliyorsa bu tepkimelere DENGE TEPKİMESİ denir.

 Dengedeki bir sistemde :

• İleri yöndeki ve geri yöndeki tepkime hızları eşittir.
• Tepkimeye girenlerin ve ürünlerin miktarı sabittir.
• Gözle görülebilen (makroskobik) özelliklerin değişmediği ancak gözle görülmeyen (mikroskobik) özelliklerin değişmeye devam ettiği dinamik bir olaydır.

LE CHATELIER KİMDİR ?

Henry Louis Le Chatelıer , 19.yy'ın sonu 20. yy'ın başında yaşamını sürdürmüş Fransız  bilim adamıdır.
Yardımcısı Jasper Rossi ile birlikte kimyasal tepkimelerde denge konusunda başarı yakalamış, 
'Le Chatelier' prensibiyle ün kazanmıştır.

DENGE PRENSİBİ

 Denge halindeki bir sisteme dışarıdan bir etki yapıldığında sistem bunu azaltacak yönde tepki gösterir.Bu tepki yeni denge kuruluncaya kadar sürer.Bu prensibe Le Chatelier Prensibi denir.Dengeyi etkileyen faktörler dört ana başlık etrafında toplanır.

•   DERİŞİMİN ETKİSİ
•   BASINÇ-HACİM ETKİSİ
•   KATALİZÖR
•   SICAKLIK

DERİŞİMİN ETKİSİ 

1. GİRENLER KISMINDAN MADDE EKLENMESİ :
   
  Sabit sıcaklıkta ve kapalı bir kapta gerçekleşen 
                 

                       A_(g)  +  B_{(g)  à}  C_(k)  +  D_(g)

denge tepkimesine madde eklenmesi veya bir kısmının alınması ile dengeye etki yapılmış olur.Le Chatelier Prensibi'ne göre sistem dengeyi azaltacak yönde etki gösterir.

• Reaksiyon ürünler yönüne kayar.
• C ve  D  miktarı artar. Reaktifler arası etkin çarpışma sayısı artacağından ürünler daha fazla oluşacaktır.
• Katı olduğu için C'nin derişimi değişmez. D'nin miktarı ve derişimi artar.
• A miktarı ilave edildiği anda artar, denge ürünlere kaydığı için daha sonra azalır.Azalma miktarı eklenen kısmın bir miktarı olduğu için A'nın miktarı başlangıçtakinden büyük olur.
• B miktarı harcandığı için azalır.

C'NİN DERİŞİMİNİN KATI OLDUĞU İÇİN DEĞİŞMEDİĞİNE DİKKAT EDİNİZ!

2.GİRENLER KISMINDAN MADDE UZAKLAŞTIRILMASI :

 Denge sisteminden bir miktar B uzaklaştırıldığında 

                                      A_(g)  +  B_(g)  à  C_(k)  +  D_(g)

• Reaksiyon girenler yönüne kayar.
• A miktarı artar.
• D'nin mol sayısı ve 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 ulaştıramaz. B'nin miktarı başlangıçtakinden az olur.

C'NİN DERİŞİMİNİN KATI OLDUĞU İÇİN DEĞİŞMEDİĞİNE DİKKAT EDİNİZ!

KATALİZÖR ETKİSİ 

  Dengedeki bir sisteme katalizörün herhangi bir etkisi olmaz. Dengeye ulaşmamış sistemlerde katalizör kullanılırsa dengeye ulaşma hızı artar. Dengedeki madde miktarını değiştirmez.

***ÖNEMLİ*** 

   Sabit hacimli bir kapta , dengedeki sisteme reaksiyona girmeyen herhangi bir maddenin eklenmesi dengeyi etkilemez.

SICAKLIK ETKİSİ

  DENGE SABİTİNİN DEĞERİ YALNIZCA SICAKLIKLA DEĞİŞİR !!!

 Sıcaklığın etkisinin bilinebilmesi için öncelikle tepkimenin endotermik ya da ekzotermik olduğuna karar verilmelidir.

• ENDOTERMİK REAKSİYONLARDA:                     

                            CO₍₂₎  +  H₍₂₎  à CO_(g)  +   H₂O _(g)

  denge tepkimesinde sıcaklık artırıldığında sistem Le Chatelier ilkesine göre sıcaklık etkisini azaltacak yönde tepki verir. Denge ürünler yönünde ilerler ve K_C değeri artar. Sıcaklık artarsa denge ürünler yönüne kayar.  K_C değeri artar. Sıcaklık azaltılırsa denge girenler yönüne kayar_. K_C azalır.

•       EKZOTERMİK REAKSİYONLARDA :

                                      N_(g)  + 3H_{2(g) à} 2NH_3(g)

_{Sıcaklık artırılırsa denge girenler yönüne kayar.} K_C azalır.

Sıcaklık azaltılırsa denge ürünler yönüne kayar_. K_C artar.

BASINÇ HACİM ETKİSİ

  Basınç ve hacim değişikliği katı ve sıvıların molar derişimlerini önemli miktarda etkilemez.Ancak gazların molar değişimleri önemli miktarda değişir.Gazları içeren denge tepkimelerinde sabit sıcaklıkta basıncı değiştirmek için tepkime kabının hacmini değiştirmek gerekir.

• TEPKİME KABININ HACMİNİ KÜÇÜLTMEK / BASINCI ARTIRMAK

   Tepkime kabının hacmini küçülttüğümüzde dengedeki her bir gazın kısmi basıncı ve toplam basınç artar.Sistem basıncı azlatma eğilimi gösterir ve gaz fazındaki maddelerin tepkime denkleminde katsayıları toplamı (mol sayısı) çok olan taraftan az olan tarafa doğru yönelir.

                                              2CO_2(g)  +  O_{2(g)   à} 2CO_2(g)

     Tepkimesi incelendiğinde sistemin basıncı azaltmak için mol sayısı az olan tarafa yöneldiği görülür. CO ve O₂ nin mol sayısı azalırken CO₂ nin mol sayısı artar.

• TEPKİME KABININ HACMİNİ ARTIRMAK / BASINCI AZALTMAK

    Tepkime kabının hacmini artırdığımızda bu sefer de gazların kısmi basınçları azalır. Sistem azalan basıncı artırmak için mol sayısının az olduğu taraftan çok olduğu tarafa yönelir.

                                             2CO_2(g)  +  O_{2(g)   à} 2CO_2(g)

  Tepkimesi incelendiğinde sistemin basıncı artırmak amacıyla mol sayısı çok olan girenler tarafına yöneldiği görülür.  CO ve O₂ nin mol sayısı artarken CO₂ nin mol sayısı azalır.

NOT! 

• GİRENLERİN VE ÜRÜNLERİN MOL SAYILARININ BİRBİRİNE EŞİT OLDUĞU TEPKİMELERDE BASINÇ YA DA HACİM DEĞİŞİKLİĞİNİN DENGEYE BİR ETKİSİ YOKTUR.                                    H_2(g)   + Cl_2(g)  à 2HCl_(g)

• SABİT HACİMLİ BİR KAPTA DENGEDEKİ SİSTEME REAKSİYONA GİRMEYEN HERHANGİ BİR MADDENİN EKLENMESİ DENGEYİ ETKİLEMEZ.

_{KİMYASAL TEPKİMELERDE VERİM}

 Tepkimenin denkleminden yararlanarak elde edilen maksimum ürün miktarına teorik verim, deneysel olarak elde edilen madde miktarına ise deneysel verim denir.

Tepkimelerin ne ölçüde oluştuğu hakkında fikir yürütmek için yüzde verim kavramı kullanılır.

SORULAR

1) Sabit sıcaklıkta,

                                   H_2(g)  + I_{2(g)  à} 2HI_(g)  denge tepkimesinde

• H_2(g)  ilavesi 
• I_{2(g)  uzaklaştırılması} 
• _{HI ilavesi}

  işlemlerinden hangileri tek başına uygulanırsa sistem ürünler yönüne kayar ?

ÇÖZÜM :

 HI ilave edildiğinde sistem HI miktarını azaltmak için girenler yönüne kayar.

 I_{2(g)  uzaklaştırılırsa sistem}  I_{2(g)  oluşturmak amacıyla girenler yönüne kayar.}

 H_{2(g) ilave edildiğinde sistem} H_{2(g)  miktarını azaltmak için ürünler yönüne kayar.}

2)                             SO_2(g)  +  NO_{2(g)  à}  NO_(g) +  SO_3(g)

tepkimesine göre 1 litrelik kapta denge anında 4 mol SO2 , 2mol NO , 1 mol SO3 gazları bulunuyor.Sisteme sabit sıcaklıkta kaç mol NO2 eklenirse yeni dengede 3 mol SO3 bulunur?

ÇÖZÜM:

K= (1.2) / (2.4) = 0.25 tir.

NO₂ ilave edildiğinde sistem ürünlere doğru kayar. NO ve SO₃ derişimi artar. Aynı oranda SO₂ ve NO_{2 derişimi azalır. Denge sabiti değişmez.}

                              SO_2(g)  +  NO_{2(g)  à}  NO_(g) +  SO_3(g)

_{1.Denge :                 4 MOL          2 MOL          2 MOL      1 MOL}

_{Değişim :               -2 MOL           -2+X               +2              +2}

_{2.Denge :                    2                      X                   4                3}

_{0.25 = (3.4) / (2.X)  ise X=24 mol eklenmelidir.}

  

3)             PCl_3(g) +   Cl_{2(g)   à}  PCl_5(g)  + 18 kkal    denge tepkimesine göre

• Sıcaklığı azaltmak
• Ortama Cl₂ eklemek
• Hacmi artırmak 

      işlemlerinden hangileri tek başına uygulandığında denge ürünler yönüne kayar ? 

ÇÖZÜM :

   Tepkime ekzotermiktir.Sıcaklık azalınca tepkime ürünler yönüne kayacaktır.Ortama Cl2 gazı eklendiğinde sistem bu etkiyi azaltmak için ürünler yönüne kayar. Hacim artırılınca reaksiyon mol sayısı az olan taraftan mol sayısı çok olan tarafa yani girenler yönüne kayar.

4)                                      2SO_2(g)   + O_2(g)  à 2SO_3(g)
       Tepkimesi dengededir.Sabit sıcaklıkta kabın hacmi artırılıyor. Buna göre ;

          SO₃ ün mol sayısı azalır.

         Denge sabiti değişmez.

         Toplam molekül sayısı artar.

yargılarından hangileri doğrudur?

ÇÖZÜM : 

  Hacim artırılırsa reaksiyon mol sayısı az olan taraftan mol sayısı çok olan tarafa kayar.Yani tepkime girenler yönüne kayar.SO₂  ve O₂ miktarı artarken SO₃ ün miktarı azalır.
  Sabit sıcaklıkta hacmin değişmesi K sabitini değiştirmez.
  Reaksiyon mol sayısının fazla olduğu tarafa yürüdüğü için toplam mol sayısı artar.

  TÜM ÖNCÜLLER DOĞRUDUR!
  

5)  6 mol CO ile 4 mol O₂ gazı kapalı bir kapta ,
                                                 2CO_(g)  +  O_2(g) à 2CO_2(g)

_{tepkimesine göre dengeye ulaştığında kapta 4 mol} CO₂  gazı bulunuyor. Bu sıcaklıkta Kd değeri 4 olduğuna göre kabın hacmi kaç litredir?

ÇÖZÜM : 
   4 mol CO_{2 gazı oluşması için tepkimeye göre kaçar mol CO ve}   O_{2 harcanmalıdır. Tabloda gösterirsek ,}

                                              2CO_(g)  +  O_2(g) à 2CO_2(g) 

_{BAŞLANGIÇ :                           6 mol            4 mol            -
DEĞİŞİM :                               -4 mol            -2 mol        +4 mol 
DENGE :                                   2 MOL          2 MOL        4 MOL 
                    
   KD =}     [CO₂]²  / [CO]²  . [O₂]                  4= ( 4/V)²    /  (2/V)²  . (2/V)
                                                       V = 2 L