11. Sınıf Kimya · Ünite 2
Dengeyi Sarsmak: Le Chatelier İlkesi
Kimyasal dengedeki bir sisteme dışarıdan müdahale edildiğinde sistemin bu etkiyi nasıl karşıladığını ve yeniden dengeye nasıl ulaştığını inceliyoruz.
Kazanım KİM.11.2.5 · 40 dk okuma
Tahterevallide Denge Oyunu
Parkta bir tahterevallinin tam dengede durduğunu hayal et. Eğer bir tarafa küçük bir çocuk daha oturursa, denge bozulur ve o taraf aşağı çöker. Tekrar dengeyi sağlamak için ne yaparsın? Ya diğer tarafa biraz ağırlık eklersin ya da destek noktasını kaydırırsın. İşte kimyasal tepkimeler de tıpkı bu tahterevalli gibidir; dengedeyken dışarıdan bir müdahale gelirse, eski huzurlu hallerine dönmek için anında tepki verirler!
Le Chatelier İlkesi Nedir?
Fransız kimyager Henri Le Chatelier, 1884 yılında kimyasal sistemlerin bu inatçı huyunu bir kurala bağladı: 'Dengede bulunan bir sisteme dışarıdan bir etki yapıldığında, sistem bu etkiyi azaltacak yönde hareket eder ve yeni bir denge kurar.' Şimdi bu dış etkilerin (derişim, hacim, basınç, sıcaklık ve katalizör) sistemimizi nasıl etkilediğine ve çarpışma kuramıyla bunun nasıl açıklandığına yakından bakalım.
1. Derişimin Etkisi ve Çarpışma Kuramı
Dengedeki bir kaba tepkimeye giren maddelerden (girenler) eklersen, sistem bu fazlalığı tüketmek için ürünler yönüne kayar. Peki bu moleküler düzeyde nasıl gerçekleşir? Çarpışma kuramına göre, bir kaba fazladan giren molekülü eklediğinde, bu moleküllerin birbirleriyle etkin çarpışma ihtimali (frekansı) anında artar. İleri yöndeki tepkime hızı, geri yöndeki tepkime hızını aşar. Sistem, fazla moleküller harcanıp hızlar tekrar eşitlenene kadar ürün üretmeye devam eder.
Yukarıdaki Haber-Bosch sürecinde kaba dışarıdan N2 gazı eklersek, azot ve hidrojen moleküllerinin çarpışma sayısı artar, denge sağa (NH3 üretimine) kayar.
2. Hacim ve Basınç Etkisi
Sadece gazları etkileyen bu durumda kural basittir: Kabın hacmini küçültürsen içerideki basınç artar. Sistem, adeta sıkışmış hisseder ve bu yüksek basıncı düşürmek için Le Chatelier ilkesi gereği gaz mol sayısının daha az olduğu tarafa kayar. Aynı amonyak örneğinde girenlerde 4 mol gaz (1 mol N2 + 3 mol H2), ürünlerde ise 2 mol gaz (NH3) vardır. Hacim küçülürse sistem mol sayısını azaltmak için sağa (ürünlere) kayar.
3. Sıcaklığın Etkisi
Sıcaklık değişimini, ısıyı sanki tepkimeye giren ya da çıkan bir 'madde' gibi düşünerek çözebilirsin. Endotermik (ısı alan) tepkimelerde Isı girenlerdedir; sıcaklığı artırırsan sistem ısıyı harcamak için ürünlere kayar. Ekzotermik (ısı veren) tepkimelerde ise Isı ürünlerdedir; sıcaklık artarsa sistem girenler yönüne kayar.
4. Katalizörün Rolü
Katalizör, hem ileri hem de geri tepkimenin aktivasyon enerjisini aynı oranda düşürerek her iki tepkimeyi de hızlandırır. Yani katalizör eklemek dengeyi sağa veya sola kaydırmaz! Sadece sistemin dengeye çok daha kısa sürede ulaşmasını sağlar. O, hedefe giden yolu kısaltan bir rehberdir, hedefin kendisini değiştirmez.
Dengeyi Sarsmak: Le Chatelier İlkesi: Alıştırma Soruları
1. Aşağıdaki işlemlerden hangisi kapalı bir kapta dengeye ulaşmış kimyasal bir tepkimenin denge yönünü (sağa veya sola) KAYDIRMAZ?
- A) Kaba girenlerden bir miktar daha eklemek
- B) Kabın hacmini yarıya indirmek
- C) Tepkime ortamına uygun bir katalizör ilave etmek
- D) Tepkimenin gerçekleştiği ortamın sıcaklığını artırmak
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Tepkime ortamına uygun bir katalizör ilave etmek
Katalizör ileri ve geri tepkime hızlarını aynı oranda artırır. Denge konumunu veya denge sabitini değiştirmez, sadece dengeye gelme süresini kısaltır.
2. N2O4(g) + Isı ⇌ 2NO2(g) tepkimesi kapalı bir kapta dengededir. Renksiz olan N2O4 gazı, kahverengi olan NO2 gazına dönüşmektedir. Bu kabın sıcaklığı düşürülürse Le Chatelier ilkesine göre aşağıdakilerden hangisi gözlenir?
- A) Sistem ürünler yönüne kayar.
- B) Kaptaki gaz karışımının rengi açılır (renksizleşir).
- C) NO2 gazının derişimi artar.
- D) Denge sabiti (Kc) değeri artar.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Kaptaki gaz karışımının rengi açılır (renksizleşir).
Tepkime endotermiktir (ısı girenlerdedir). Sıcaklık düşürülürse sistem azalan ısıyı telafi etmek için girenler (sol) yönüne kayar. Bu durumda kahverengi NO2 azalır, renksiz N2O4 artar, yani renk açılır.
3. 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) tepkimesi sabit sıcaklıkta dengedeyken kabın hacmi bir miktar küçültülüyor. Bu durumla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
- A) Kaptaki toplam basınç artar.
- B) Sistem, basıncı azaltmak için mol sayısının az olduğu ürünler yönüne kayar.
- C) SO3 gazının mol sayısı artar.
- D) Denge sabiti (Kc)'nin sayısal değeri artar.
Cevabı göster
Doğru cevap: D) Denge sabiti (Kc)'nin sayısal değeri artar.
Hacmin küçülmesi dengeyi sağa kaydırarak SO3 mol sayısını artırır. Ancak sıcaklık sabit kaldığı için denge sabiti (Kc) kesinlikle değişmez.
4. Çarpışma kuramına göre, CO(g) + H2O(g) ⇌ CO2(g) + H2(g) tepkimesi dengedeyken kaba bir miktar CO(g) eklendiğinde sistemin ürünler yönüne kaymasının temel nedeni nedir?
- A) Geri tepkimenin aktivasyon enerjisinin düşmesi
- B) CO ve H2O molekülleri arasındaki etkin çarpışma frekansının artması
- C) Sistemin sıcaklığının aniden yükselmesi
- D) İleri tepkime hız sabitinin (k) değerinin artması
Cevabı göster
Doğru cevap: B) CO ve H2O molekülleri arasındaki etkin çarpışma frekansının artması
Madde eklendiğinde o maddenin derişimi artar. Çarpışma kuramına göre artan tanecik sayısı, etkin çarpışma sayısını (frekansını) artırarak ileri tepkime hızını hızlandırır ve dengeyi sağa kaydırır.
5. Kapalı ve SABİT HACİMLİ bir kapta PCl5(g) ⇌ PCl3(g) + Cl2(g) tepkimesi dengededir. Kaba aynı sıcaklıkta bir miktar He (Helyum) soy gazı ekleniyor. Tepkimenin denge durumu için ne söylenebilir?
- A) Ürünler yönüne kayar.
- B) Girenler yönüne kayar.
- C) Denge durumu bozulmaz.
- D) Cl2 gazının kısmi basıncı artar.
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Denge durumu bozulmaz.
Sabit hacimli kaba eklenen asal (tepkimeye girmeyen) gaz toplam basıncı artırır ancak denge denklemindeki PCl5, PCl3 ve Cl2 gazlarının derişimlerini veya kısmi basınçlarını değiştirmez. Bu yüzden denge sağa veya sola kaymaz.