Hafta 3: KİMYASAL DENGE

Bir miktar kalan başlangıç maddeleri ile oluşan ürünlerin derişimleri artık değişmeksizin kaldığı duruma reaksiyon dengededir (çift yönlü reaksiyonlar).

SULU ÇÖZELTi TEPKİMELERİ Bir çözeltide çözünen maddenin iyonlar veya moleküller halinde olup olmaması son derece önemlidir. Çözünen madde iyonlarına ayrışabiliyorsa, bu durum aynı zamanda elektrik akımını da iletiyor anlamına gelir. Sulu çözeltide elektriği iletebilen maddeler elektrolit, sulu çözeltide elektriği iletmeyen ve iyon içermeyen maddeler ise elektrolit olmayan şeklinde adlandırılırlar. Örneğin; sodyum klorür (NaCl) ve potasyum nitrat (KNO3) suda iyonlarına ayrıştığı için elektrolittir. Elektrolitler kendi aralarında kuvvetli ve zayıf elektrolitler olmak üzere ikiye ayrılırlar. Çözeltisinde çözünenin tamamen (%100) iyonları halinde bulunduğu elektrolitler kuvvetli elektrolitler, çözünen maddenin tamamen değil de kısmen iyonları halinde bulunduğu elektrolit maddeler ise zayıf elektrolitler olarak tanımlanırlar. Örneğin; sodyum klorür (NaCl) ve potasyum nitrat (KNO3) gibi iyonik bileşikler, hidroklorik asit (HCl), nitrik asit (HNO3), perklorik asit (HClO4) gibi kuvvetli asitler ve sodyum hidroksit (NaOH) ve baryum hidroksit (Ba(OH)2) gibi kuvvetli bazlar birer kuvvetli elektrolittirler. İyonik bileşikler için su, çok etkili bir çözücüdür, fakat suyun kendisi tamamen iyonlarına ayrışmadığından yani az sayıda iyon içerdiğinden zayıf elektrolittir. Kuvvetli bir asit olan HNO3 daha önceden de değinildiği gibi kuvvetli elektrolittir ve suda aşağıdaki gibi tamamen (%100) iyonlarına ayrışır.

Çöktürme Tepkimeleri Çöktürme tepkimelerinde, kuvvetli iki elektrolit karıştırılır ve sonuçta çözünmeyen bir çökelek oluşur. Örneğin; iki kuvvetli elektrolit olan gümüş nitrat (AgNO3) ve sodyum klorür (NaCl) karıştırılırsa, aşağıdaki tepkimede verildiği gibi beyaz renkli suda çözünmeyen gümüş klorür (AgCl) çökeleği oluşur.

Nötralleşme Tepkimeleri Bir asit ve baz tepkimeye girerek aşağıdaki gibi bir tuz oluşturur. Bu tür tepkimelere nötralleşme tepkimeleri adı verilmektedir. Hidroklorik asit (HCl) ile sodyum hidroksit (NaOH) tepkimeye girdiğinde sodyum klorür (NaCl) tuzu ve su (H2O) oluşur ve bu tepkime bir nötralleşme tepkimesidir. Tuzun katyonu bazdan, anyonu ise asitten gelir.

Yükseltgenme-İndirgenme Tepkimeleri Yükseltgenme sayısında bir değişmeyi içeren ve elektron veya elektronların transferinin söz konusu olduğu tepkimeler yükseltgenme-indirgenme (redoks) tepkimeleri olarak adlandırılır. Bir maddenin elektron kaybetmesi olayına yükseltgenme, elektron kazanması olayına ise indirgenme denir.

Denge Sabiti Genel bir çift yönlü reaksiyonda Geri reaksiyon hızı dengede ileri reaksiyon hızına eşittir (Denge kurulduğunda maddenin iyonlaşma hızı ile iyonların tekrar maddeyi oluşturma hızı eşittir). Burada ileri hız sabitinin geri hız sabitine oranına denge sabiti (K) denir. Örneğin A ,B, C ve D’den oluşan bir kimyasal tepkime için denge sabiti şeklinde yazılır. Buradaki küçük harfler eşitlenmiş denklemdeki katsayıları, büyük harfler ise kimyasal türleri tanımlar. Kimyasal türlerin derişimleri köşeli parentez ile [ ] gösterilir ve molar derişimi tanımlar.

Kp ve Kc Gaz fazında yürüyen reaksiyonlarda denge sabitini ürün ve başlangıç maddelerinin kısmi basınçları cinsinden de ifade edebiliriz. Bu durumda molar konsantrasyonlar cinsinden denge sabiti (Kconcentration-Kc) ve kısmi basınçlar cinsinden denge sabiti (Kpressure-Kp) olmak üzere iki tür denge sabiti ifadesi ortaya çıkar. Şimdiye kadar yazdığımız denge sabitleri molar konsantrasyonlar cinsinden (Kc) idi. Bir gaz fazı reaksiyonu için Kp şöyledir:

Kp ile Kc arasındaki ilişki

Tepkime Yönünün Belirlenmesi Reaksiyon İlerleme Değeri, Q Belirli bir zamandaki derişimler denge sabiti bağıntısında yerine konarak elde edilen denge değerine reaksiyon ilerleme değeri (Q) adı verilir. Tepkime oranı (Q), denge sabiti (K) ya çok benzer, fakat hesaplamada tepkimenin herhangi bir andaki molar derişimleri (QC) veya kısmi basınçları (QP) kullanılır. Belirli bir andaki tepkime karışımının; ürünler yönüne mi yoksa tepkenler yönüne mi kayacağını belirlemek için, Q değeri, denge sabiti K değeri ile karşılaştırılır. Eğer; Q = K ise Karışım dengededir ve her iki yönde de değişim için bir eğilimi yoktur. Q<K ise Tepkime ileri doğru ilerler ve ürün(ler) oluşturma eğilimindedir. Q>K ise Ürünlerin derişimleri dengedekilerden daha yüksektir. Bu durumda tepkime ters yönde, tepkenlere doğru ilerleme eğilimindedir.

Denge Derişiminin Hesaplanması Belirli bir tepkimenin denge sabiti bilindiği zaman, denge karışımındaki derişimler başlangıç derişiminden veya derişimlerinden yararlanarak bulunabilir. Problemlerde genel olarak sadece tepkenlerin başlangıç derişimleri verilmektedir.

Le Chatelier İlkesi Le Chatelier ilkesine göre, sistem üzerine dengede iken bir etki yapılırsa (sıcaklık, basınç, konsantrasyon veya katalizör ilavesi veya azaltılması gibi) sistem bu etkiyi azaltacak yönde reaksiyona meyleder.