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.