Kimya I · 11. Ünite: Kimyasal Kinetik ve Denge
Kimyasal Denge Kavramı ve Denge Sabiti
Birçok tepkime hiçbir zaman tamamlanmaz: kapalı bir kapta $\text{N}_2\text{O}_4$ kahverengi $\text{NO}_2$'ye dönüşür, bir süre sonra renk koyulaşmayı bırakır ama tepkime durmamıştır. Bu dinamik dengedir (dynamic equilibrium): ileri ve geri hızlar eşitlenmiş, derişimler sabitlenmiştir. Bu konuda dengeyi kinetik olarak tanımlayacak, denge sabiti ifadesini ($K_c$, $K_p$, heterojen dengeler) yazmayı ve $K$'nın ters çevrilmesi, katsayıyla çarpılması ve tepkimelerin toplanması durumunda nasıl dönüştüğünü öğrenecek, $K$ büyüklüğünü ve $Q$ ile kıyasını yorumlayacaksın. Derişim hesaplarının kendisi (ICE tablosu, $K_c\leftrightarrow K_p$ dönüşümü) bir sonraki konuya (11-6) bırakılmıştır.
Öğrenme hedefleri
- Dinamik dengeyi ileri ve geri hızların eşitliği olarak tanımlar ve elementer tek adımlı tersinir tepkimede $K_c = k_f/k_r$ ilişkisini türetir.
- Homojen ve heterojen dengeler için $K_c$ ve $K_p$ ifadelerini yazar; saf katı, saf sıvı ve çözücünün neden ifadede yer almadığını açıklar.
- Tepkime ters çevrildiğinde $1/K$, katsayılar $n$ ile çarpıldığında $K^n$, tepkimeler toplandığında $K_1K_2$ ilişkisini kullanarak yeni tepkimenin $K$ değerini bulur.
- $K$'nın büyüklüğünü denge konumu bakımından yorumlar ve $K$'nın tepkime hızı hakkında bilgi vermediğini gerekçelendirir.
- Tepkime bölümü $Q$'yu hesaplayıp $K$ ile karşılaştırarak tepkimenin hangi yönde ilerleyeceğini belirler.
- Dengeye iki farklı yönden (giren ya da ürünle başlayarak) ulaşıldığında aynı $K_c$ ve aynı denge bileşiminin elde edildiğini veriyle gösterir.
Konu anlatımı
1. Bağlam: Tamamlanmayan Tepkimeler
2. Dinamik Denge ve Kinetik Köken: $K_c = k_f/k_r$
3. Denge Sabiti İfadesi: $K_c$ ve $K_p$
4. K ile İşlemler: Ters Çevirme, Katsayı ve Toplama
5. K'nın Büyüklüğü ve Tepkime Bölümü Q
6. Aynı Denge, İki Yön: Veri Yorumu
7. Çözümlü Örnekler ve Sık Yapılan Hatalar
Anahtar terimler
- Dinamik denge
- İleri ve geri hızların eşit, derişimlerin sabit olduğu, tepkimenin durmadığı hâl.
- Denge sabiti ($K_c$)
- Denge derişimlerinden yazılan ürün/giren oranı $[\text{C}]^c[\text{D}]^d/([\text{A}]^a[\text{B}]^b)$; verilen $T$'de sabit.
- $K_p$
- Gaz fazı dengesinde kısmi basınçlarla yazılan denge sabiti.
- Heterojen denge
- Birden fazla fazı içeren denge; saf katı ve sıvılar $K$ ifadesine girmez.
- Tepkime bölümü ($Q$)
- Herhangi bir andaki derişimlerle $K$ ifadesinin değeri; $Q<K$ ileri, $Q>K$ geri yönü gösterir.
- Tersinir tepkime
- Hem ileri hem geri yönde yürüyebilen, dengeye ulaşabilen tepkime.
- Aktivite
- Denge sabitini birimsiz kılan, derişimin standart durumla bölünmüş etkin hâli; saf katı ve sıvılar için 1.
Örnek soru
$2\text{SO}_2(g)+\text{O}_2(g)\rightleftharpoons2\text{SO}_3(g)$ tepkimesi için $K_c$ ifadesi hangisidir?
- $\dfrac{[\text{SO}_3]}{[\text{SO}_2][\text{O}_2]}$
- $\dfrac{[\text{SO}_2]^2[\text{O}_2]}{[\text{SO}_3]^2}$
- $\dfrac{[\text{SO}_3]^2}{[\text{SO}_2]^2+[\text{O}_2]}$
- $\dfrac{2[\text{SO}_3]}{2[\text{SO}_2][\text{O}_2]}$
- $\dfrac{[\text{SO}_3]^2}{[\text{SO}_2]^2[\text{O}_2]}$
Doğru cevap: E
Çözüm
1. Pay: ürünün derişiminin katsayı kuvveti, $[\text{SO}_3]^2$.
2. Payda: girenlerin derişimlerinin katsayı kuvvetlerinin çarpımı, $[\text{SO}_2]^2[\text{O}_2]$.
Cevap: $\dfrac{[\text{SO}_3]^2}{[\text{SO}_2]^2[\text{O}_2]}$. Çeldiriciler: katsayıları üs yapmamak, ifadeyi ters yazmak, çarpım yerine toplam almak ve katsayıyı çarpan olarak koymaktır.