Denge; kapalı bir sistemde ve sabit sıcaklıkta gözlenebilir özelliklerin sabit kaldığı, gözlenemeyen olayların devam ettiği dinamik bir olaydır. DENGE

KİMYASAL REAKSİYONLARDA DENGE Kimyasal tepkimelerin %100 ürüne dönüşmeleri pratikte mümkün değildir. Ancak reaktanlardan en az birinin derişimlerinin ölçülemeyecek kadar az kaldığı tepkimeler teorikte tek yönlü tepkimeler denir ve → ile gösterilir. Bazı kimyasal tepkimelerde reaktifler ürünlere dönüşmez. Ürünlerin derişimi belli bir değere ulaşınca geri tepkime başlar ve zamanla ileri ve geri tepkimelerin hızları eşit olur.Bunun sebebi reaksiyonların zamanla denge konumuna ulaşmasıdır. Yani reaksiyon hem ileri hem de geri yönde ilerler Sadece bir yönde gerçekleşen tepkimelere tersinmez tepkimeler, hem ileri hem de geri yönde gerçekleşen tepkimelere tersinir tepkimeler denir. Sadece tersinir tepkimeler dengeye ulaşabilir. Denge tepkimeleri denklemlerle ifade edilirken çift yönlü ok (↔) kullanılır. Denge, sistemde gerçekleşen olayın türüne bağlı olarak fiziksel veya kimyasal olabilir.

Tersinir hal değişimi, bir yönde gerçekleştikten sonra, çevre üzerinde hiçbir iz bırakmadan ters yönde de gerçekleşebilen hal değişimi diye tanımlanır. Ürünlerin kendi aralarında etkileşip girenleri oluşturduğu tepkimelerdir. Çift yönlü olarak gösterilirler. Tersinir olmayan (tersinmez) hal değişimi; girenlerin tamamen ürüne dönüştüğü tepkimelerdir. Organik maddelerin yanması, çökelme, kuvvetli asit ve bazların nötrleşmesi böyle tepkimelerdir.Tek yönlü olarak gösterilirler.

FİZİKSEL DENGE H2O(s) H2O(g) Minumum Enerjiye Eğilim Maximum düzensizliğe gidiş Bir cam kabın içine 20°C‘ ta su koyar ve ağzını kapatırsak bir kısım su molekülleri sıvı fazdan gaz fazına geçerler. Su molekülleri gaz fazına geçtikçe suyun kısmi basıncı yükselir. Öte yandan belli bir süre sonra bazı su buharı molekülleri enerji kaybederek sıvı faza geçer. Sonunda basınç yükselmesi durur ve suyun buhar basıncı sabit olur. Bu durumda sistem dengeye ulaşmış olur. Böylelikle su ile buharı arasında denge kurulmuş olur. Denge kurulduğunda buharlaşma ve yoğunlaşma devam ettığinden buna sıvı - buhar dinamik dengesi denir. Olay fiziksel olduğundan sıvı-buhar dengesi fiziksel dengedir.

A +B↔C+D gibi bir denge tepkimesinde KİMYASAL DENGE Kimyasal tepkimeler belli bir hızla devam ederken zamanla geri tepkime de başlar, öyle bir zaman gelir ki Vi=Vg olur. Bu duruma denge anı, bu şekilde gerçekleşen tepkimelere denge tepkimeleri denir. Kısaca, tersinir bir tepkime kapalı bir kapta ve sabit sıcaklıkta dengeye ulaşır. Bu olaya kimyasal denge denir. Kimyasal dengeye ulaşmış tepkimede derişim, sıcaklık, renk, basınç, çökelme ve gaz çıkışı gibi gözlenebilir değişiklikler durmuş gibidir. A +B↔C+D gibi bir denge tepkimesinde

Vi = Vg anına denge anı denir. ÖRNEK: Sabit şartlarda bir kaba, H2 I2 eklendiğinde başlangıçta her iki maddenin derişimi maximum olduğundan önce hızlı bir tepkime gözlenir. Daha sonra giren maddelerin derişimleri azalacağından tepkimenin hızı azalmaya devam eder. Bu arada geri tepkime de başlamıştır. Belli bir süre sonra girenlerle ürünlerin derişimi değişmez. H2 + I2 ↔ 2HI dengesi oluşur. H2 + I2 ↔ 2HI Görüldüğü gibi, girenlerin derişimi zamanla azalırken ürünlerin derişimi de zamanla artar. Dolayısıyla, ileri tepkimenin hızı azalırken, geri tepkimenin hızı da zamanla artar. Vi = Vg anına denge anı denir.

Kısaca, Kimyasal Denge Anında; Sistem kapalıdır (gaz). Sıcaklık sabittir. Gözle görüle bilen olaylar (makroskobik) durmuş ancak görünemeyen olaylar devam etmektedir. İleri ve geri tepkimeler aynı hızla devam etmektedir. Minimum enerjiye ve maksimum düzensizliğe ulaşma isteği eşittir. Tersinir tepkimeler ister tek kademede ister çok kademeden oluşsun sonuçta dengeye ulaşır.

Homojen Denge Kimyasal tepkimelerde girenlerin ve ürünlerin hepsinin aynı fazda olduğu tepkimelere denir. CO(g) + Cl2 (g) ↔ COCl2(g) Fe+2 (suda) + SCN- (suda) ↔ FeSCN+2(suda) Heterojen Denge Kimyasal tepkimelerde girenlerin ve ürünlerin hepsinin aynı fazda olmadığı tepkimelere denir. CaCO3(k) ↔ CaO(k) + CO2(g) Zn(k) + Cu+2 (suda) ↔ Zn+2(suda) + Cu (k)

DERİŞİME GÖRE DENGE BAĞINTISI YAZMA H2(g) + I2(g) ↔ 2HI (g) Bu tepkime için: Vi= ki [H2] [I2] ve Vg= kg [Hl]2 olur. Denge anında Vi = Vg ki [H2] [I2] = kg [Hl]2 K= ki kg = [Hl]2 [H2] [I2] NOT: Denge bağıntısında da saf katı ve sıvılar alınmazlar. NOT: Denge bağıntısı, Norveçli Kimyacılar Cato GOLDBERG Peter WAGGE tarafından 1964 yılında önerilmiştir.

Denge Bağıntılarının Yazılması K= [COCl2] [CO] [Cl2] CO(g) + Cl2(g) ↔ COCl2(g) K= [FeSCN+2] [Fe+2] [SCN-] Fe+2 (suda) + SCN- (suda) ↔ FeSCN+2(suda) K= [NH3] 2 [N2] [H2]3 N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3 (g) (suda) K’= [CaO] [CO2] [CaCO3] K= [CO2] CaCO3(k) ↔ CaO(k) + CO2(g) K’= [Zn+2] [Cu] [ Zn ] [Cu+2] K= [Zn+2] [Cu+2] Zn(k) + Cu+2 (suda) ↔ Zn+2(suda) + Cu (k)

Kp ile Kd Arasındaki Bağıntı: İki denge bağıntısı arasında; Kp = Kd (RT)Δn ilişkisi vardır. Burada Kp = Kısmi basınca göre denge bağıntısı, Kd = Derişime göre denge bağıntısı dır. R= Gaz sabiti T= Mutlak sıcaklık (Kelvin) Δn = Ürünlerin katsayısı toplamı- Girenlerin katsayısı toplam (Gaz) ÖRNEK: Kp = Kd RT N2O4(g) ↔ 2NO2(g) ise Δn=2-1=1 1 Kp = Kd (RT)-2 = (RT)2 N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3 (g) Δn=2-4=-2 Kp = Kd H2(g) + I2(g) ↔ 2HI (g) ise Δn=2-2=0

N2O4(g) ↔ 2NO2(g)

Denge Problemleri ÖRNEK: 2SO3(g) ↔ 2SO2(g) + O2 (g) Belli bir sıcaklıkta 5 L lik bir kapta bulunan 4 mol SO3(g) gazı, yukarıdaki tepkime gereği % 50 oranda ayrışarak dengeye ulaşıyor. Tepkimenin derişimler türünden denge sabitini hesaplayınız? Çözüm: K d= [SO3] 2 [SO2] 2 [O2] 2SO3(g) ↔ 2SO2(g) + O2 (g) Başlangıç: 4 mol K d= [0,4] 2 [0,4] 2 [0,2] K d=0,2 Değişim: -2 mol +2 mol +1 mol Sonuc: 2 mol 2 mol 1 mol 2/5=0,4M 2/5=0,4M 1/5=0,2M Derişim:

Örnek: CO2(g) + C(k) ↔ 2CO(g) Belli bir sıcaklıkta 2 L lik bir kapta bulunan 3 mol CO2(g) ve 4 mol C(k) konuluyor. Dengeye ulaşıldığında kapta 2mol CO2 gazı ölçüldüğüne göre, A-Denge anındaki Kd sabitinin değeri nedir? B- Tepkime denge ulaştığında C’un % kaçı kalmıştır? Çözüm: K d= [CO2] [CO]2 CO2(g) + C(k) ↔ 2CO(g) Başlangıç: 3 mol 4 mol Değişim: -1 mol -1 mol 2 mol K d= [1] [1]2 K d=1 Sonuc: 2 mol 3 mol 2 mol Derişim: 2/2=1M Sabit 2/2=1M %75 i kalmıştır.

Kp = Kd (RT) ise 6,4=Kd .0,082.300.640 ise Kd=0,122 olarak bulunur. Örnek: PCl5(g) ↔ PCl3g) + Cl2g 640 K sıcaklıkta kapalı bir kapta bulunan PCl5 gazı dengeye ulaştığında % 80 inin ayrıştığı görülüyor. Denge anındaki toplam basınç 3,6 atm olarak ölçüldüğüne göre, A- Kp si kaçtır? B- Aynı sıcaklıktaki Kd si kaçtır? K d= [pPCl5] [pPCl3] [pCl2] Çözüm: K d= [0,4] [1,6] =6,4 PCl5(g) ↔ PCl3g) + Cl2g Başlangıç: 1 mol 0 mol 0 mol Değişim: -0,8 mol 0,8mol 0,8 mol Sonuc: 0,2 mol 0,8 mol 0,8 mol nT=1,8 mol Derişim: 0,4 atm 1,6 atm 1,6 atm Kp = Kd (RT) ise 6,4=Kd .0,082.300.640 ise Kd=0,122 olarak bulunur.

Denge Kesri yada Dengenin Kontrolü (Q) Herhangi bir tepkimenin, her hangi bir zamanda dengede olup olmadığının kontrolüne denge kontrolü denir, bu durumdaki denge sabitine de denge kesri diyoruz. İstenilen zamandaki maddelerin derişimleri dikkate alınarak bir Q denge sabiti (denge kesri) bulunur. Bulunan bu değer denge sabitiyle karşılaştırılır. Q= K ise sistem dengededir. Q< K ise sistem dengede değildir. Dengeye ulaşması için tepkimenin ileri yönde devam etmesi gerekmektedir. Q> K ise sistem dengede değildir. Dengeye ulaşması için tepkimenin girenler lehine kayması gerekmektedir.

Örnek: H2(g) + l2(g) ↔ 2Hl(g) Çözüm: H2(g) + l2(g) ↔ 2Hl(g) Kd=64= Sabit sıcaklıkta 1 L lik kapalı bir kapta bulunan 1 mol H2 ,1 mol I2 , 2 mol Hl yukarıdaki denklem gereği tepkimeye giriyor. Tepkimenin denge sabiti 64 olduğuna göre; A- Sistem dengede midir. B-Siztem dengeye ulaştığında her maddenin derişimi ne olur? Çözüm: H2(g) + l2(g) ↔ 2Hl(g) Kd=64= [1-x] İse x=06 [2+2x] 2 [Hl] =3,2M [H2] = [I2] = 0,4M Başlangıç: 1 mol 1 mol 2 mol Derişim: 1M 1M 2M H2(g) + l2(g) ↔ 2Hl(g) Başlangıç: 1 mol 1 mol 2 mol -x +2x Derğişim: -x Sonuç: (1-x) (1-X) (2+2x)