LE CHATELIER PRENSİBİ (Dengeye Etki Eden Faktörler)

Bu bölüme kadar kimyasal olayları tek yönlü reaksiyonlar olarak düşünmüştük. Gerçekte ise çoğu kimyasal olaylar iki yönlü tepkimelerdir.

Örnek olarak sabit sıcaklıkta kapalı bir kapta :

X(g) + Y(g) ⇔  Z(g) + T(g)

tepkimesini inceleyelim. Kaba önce bir miktar X ve Y koyalım. Zamanla X ve Y nin reaksiyona girmesinden dolayı miktarı azalacak, Z ve T nin miktarı artacaktır. Oluşan Z ve T reaksiyona girip tekrar X ve Y oluşturacaktır. Bir müddet sonra X ve Y’den Z ve T oluşma hızı ile, Z ve T den X ve Y oluşma hızı birbirine eşit olur. Bu duruma denge durumu denir.

Bu sırada maddelerin konsantrasyonu değişmemekle birlikte her iki yönde reaksiyon eşit hızda sürmektedir. (Dinamik denge) Denge tepkimelerinin çift okla gösterilmesinin sebebi budur.

Denge anında sıcaklık sabittir. İleri ve geri yöndeki tepkimelerin hızları birbirine eşittir. Gözlenebilir değişimler artık durmuştur. Gözlemlenemeyecek derecede küçük değişimler çift taraflı gerçekleşir. Ürünlerin ve girenlerin derişimi sabitlenmiştir. 

K’ya kimyasal denge sabiti denir.

Bu eşitlik sözle aşağıdaki şekilde ifade edilir.

NOT : Denge sabitine katı ve sıvı fazdaki maddeler yazılmaz, gaz fazındaki ve suda çözünmüş durumdaki maddeler yazılır.

Dengedeki bir sisteme dışarıdan herhangi bir etki yapıldığında denge reaksiyonu sağa veya sola kayarak tekrar dengeye gelmek ister. Yani dışarıdan yapılan etkiye ters şekilde etki verir. Buna Le Chatelier prensibi denir.Dengeye etki eden faktörler şunlardır:

1. Reaktif veya ürünlerin reaksiyon kabına ilave edilmesi ya da çıkarılması,

2. Sistemin hacminin değişmesi (dolayısıyla basıncının),

3. Sıcaklığın değişmesi,

4. Katalizörün etkisi.

Eğer dengede olan bir sisteme sıcaklık,basınç ve derişimin değiştirilmesi ile bir etki yapılırsa, reaksiyon o etkiyi azaltacak yönde reaksiyon vererek (tepki göstererek) tekrar dengeye ulaşır.

Şimdi dengeye etki eden bu faktörleri tek tek ele alalım;

1. Derişimin (Konsantrasyonun) Etkisi

Farz edelim ki elimizde A, B, C ve D maddelerinden oluşan, dengede olan bir tepkime var.

• Eğer A maddesinin derişimini arttırırsak bunun denge durumuna etkisi ne olur?

Le Chatelier'e göre dengedeki bir sisteme bir madde ilave edilirse denge bu maddenin etkisini azaltacak yönde kayar. Madde ilavesi denklemin hangi tarafına yapıldıysa o tarafın hızı artar. Ancak bir süre sonra ileri ve geri yöndeki reaksiyon hızları eşitlenerek yeni denge kurulur.

Bu örnekteyse sistem dengeyi yeniden sağlamak için A'nın derişimini azaltacaktır. Bu durumda denge sağa yani ürünler tarafına kayar.

• Eğer A maddesinin derişimini azaltırsak bunun denge durumuna etkisi ne olur?

Bu örnekte sistem yeniden dengeyi sağlamak için A'nın derişimini arttıracaktır. Bunun için ise C ve D yi, A'ya dönüştürecektir. İşlem sonucunda denge sola yani girenler tarafına kayar.

NOT: DERİŞİM DEĞİŞİKLİĞİNİN DENGE SABİTİNİN SAYISAL  DEĞERİNE  ETKİSİ  YOKTUR !

2. Basınç ve Hacmin Etkisi


Basınç veya hacim sadece gaz reaksiyonlarında etkilidir. Bir gaz reaksiyonundaki kabın basıncını (hacmini) değiştirince sistemdeki tüm maddelerin derişimi değişecektir. Örnek olarak aşağıdaki reaksiyonu ele alalım.

• Sistemdeki basıncı arttırsak bunun sisteme etkisi ne olurdu?

Le Chatelier'e göre sistem tekrar dengeyi sağlamak için basıncı azaltacaktır. Basınç gaz moleküllerinin kaba çarpmasıyla oluşur. Ne kadar çok molekül varsa basınç o kadar fazla olur. Sistem dengeye gelmek için daha az molekül üretmeye başlar.

Bu örnekte sol tarafta 3 sağda ise 2 molekül var. Basıncı artınca reaksiyon mol sayısı az olan tarafa kayar. O yüzden burada reaksiyon sağa kayacaktır.

• Sistemdeki basıncı azaltsak bunun sisteme etkisi ne olurdu?

Denge sistemin basınıcını arttırmak isteyecektir. Bu daha çok molekül oluşturmakla gerçekleştirilebilir. Bu durumda denge mol sayısının fazla olduğu tarafa yani sol tarafa kayar.

NOT: BASINÇ DEĞİŞİMİNİN DENGE SABİTİNİN SAYISAL DEĞERİNE BİR ETKİSİ YOKTUR !
NOT: EĞER İKİ TARAFTA DA AYNI SAYIDA MOLEKÜL VARSA BASINÇ DEĞİŞİMİ DENGEYİ BOZMAZ !

(Videoyu izlerken sağ alttaki 'CC' tuşuna basarsanız altyazı gelecektir.)

3. Sıcaklığın Etkisi

Sıcaklığın etkisini gözlemlemek için reaksiyonda ısının hangi tarafta olduğunu bilmemiz gerekir. Burada ekzotermik bir reaksiyonu ele alalım.



Bu 250 kJ ısı açığa çıktığını gösterir. Geri reaksiyonu ise aynı miktarda endotermik olur.

• Sıcaklığı arttırsak bunun sisteme etkisi nasıl olurdu?

Denge sistemdeki sıcaklığı azaltmak isteyecektir.

Farz edelim ki sistem 300°C'de dengede. Eğer bu sıcaklığı 500°C'ye çıkartırsak sistem bu sıcaklığı tekrar nasıl düşürebilir? Kendini nasıl soğutabilir?

Soğumak için koyduğumuz ekstra ısıyı absorbe etmek isteyecektir. Bu örnekte geri reaksiyon ısıyı absorbe edecektir. Bu yüzden denge sola doğru kayacaktır. Yeni oluşan denge daha fazla A ve B; daha az C ve D barındırır.

• Sıcaklığı düşürürsek sistem nasıl bir tepki verir?

Denge sıcaklığı yükseltmek isteyecektir. 

Sistem sıcaklığını 500°C'den 400°C'ye düşürdüğümüzü düşünelim. Reaksiyon önceki sıcaklığına dönmek için kendini ısıtmak isteyecektir. Bunun olması için denge sağa doğru kayar.

NOT: SICAKLIĞIN DEĞİŞMESİ YENİ OLUŞAN DENGEDEKİ MADDE MİKTARINI ETKİLEDİĞİNDEN DENGE SABİTİNİN SAYISAL DEĞERİNİ DEĞİŞTİRİR !


4. Katalizörün Etkisi

Katalizörler, aktifleşme enerjisini düşürerek tepkimeyi hızlandıran maddelerdi. Aktifleşme enerjisi düştüğünde ileri ve geri tepkime hızı aynı oranda değişeceğinden denge sabiti ve denge etkilenmez.

O halde neden katalizör kullanalım?
Sıradan bir reaksiyonun dengeye ulaşması aniden olmaz. Bazı çok yavaş reaksiyonlarda bu yıllar sürebilir. Katalizör bu tepkimenin dengeye ulaşma hızını arttırır.