hepnotKimyasal denge: dinamik hızlar, Q–K ve sabit sıcaklık
Konunun mantığı
![Dinamik denge, Q–K karşılaştırması ve sıkıştırmanın ilk anı. Çalışılmış L⇌M örneğinde [L]=0,20 M ve [M]=0,60 M iken r_i=r_g=0,060 M/s: hızlar eşit, derişimler farklı, net değişim sıfır. Aynı T’de Q<K ürünler, Q>K girenler yönünü verir. Sabit T’de hacim k kat küçülünce ilk anda bütün gaz derişimleri k ile çarpılır ve Q=k^Δn·K olur; yeni denge Q=K ile kurulur.](/gorsel/kimya-kimyasal-denge.svg)
Bu girişte kapalı, sabit sıcaklıklı ve uygun mekanik koşulları korunan bir sistemde tek tersinir tepkimeyi inceleriz. Kimyasal dengede ileri ve geri dönüşümler durmaz; aynı tepkime ilerlemesine göre normalleştirilmiş hızları eşittir. Net bileşim değişimi sıfırdır. Bu, her türün derişiminin diğerine eşit olması değildir. Bir türün miktarının sabit görünmesi tek başına denge kanıtı da olmaz: tepkime çok yavaş olabilir veya açık sistemde giriş-çıkışla kararlı durum oluşabilir.
Belirtilmiş denklemin denge bağıntısında ürünlerin uygun derişim/etkinlikleri paya, girenlerinki paydaya, katsayılar üs olarak yazılır. Genel toplam denklemin hız yasası üslerini bu yolla çıkarmayız; denge bağıntısı ile kinetik yasa farklı bilgilerdir. Saf katı ve saf sıvının etkinliği uygun modelde1 alınır, bağıntıda ayrı derişim çarpanı olmaz; ilgili fazın mevcut olması gerekir. Bu paketin sayısal yön sorusunda A⇌B için Kc=[B]/[A] kullanılır; böylece oran boyutsuzdur. Daha genel termodinamik sabit standart hâle göre etkinliklerle tanımlanır; bu giriş ileri etkinlik hesaplarını tamamlamaz.
Denge bağıntısına herhangi bir andaki uygun değerler konursa Q elde edilir. Aynı denklem ve sıcaklık için Q<K iken net dönüşüm ürünler, Q>K iken girenler yönündedir; Q=K denge koşuludur. Q değişen bileşimi izler, K ise belirtilmiş denklem/model için sıcaklığa bağlı denge değeridir. Derişim eklenince veya hacim değişince sabit sıcaklıkta Kyi değiştirmek yerine önce Qnun nasıl değiştiği incelenir. Bu karşılaştırma dengeye ulaşma süresini veya bütün ara hızları sayısal vermez.
Sabit sıcaklıkta ideal gaz dengesi için hacim azaltılıp tüm ilgili gazların derişimleri aynı çarpanla artırılırsa Qdaki toplam gaz üs farkı önemlidir. Gaz molü daha az olan yön sıkıştırmaya karşı net ilerlemeyle desteklenir; iki tarafın toplam gaz katsayıları eşitse bu ideal hacim etkisi Qyu değiştirmez. Katıların katsayıları gaz toplamına eklenmez. Basınç artışının nasıl yapıldığı önemlidir: sabit hacimde tepkime vermeyen ideal gaz eklemek toplam basıncı artırsa da tepkime türlerinin kısmi basınçlarını değiştirmeyebilir. Her toplam basınç artışı sıkıştırmayla aynı değildir.
Uygun katalizör aynı sıcaklık ve termodinamik koşullarda denge sabitini veya son denge bileşimini değiştirmez; dengeye erişim yolunu ve süreyi değiştirebilir. Başlangıçta dengedeki sistemde ileri ve geri dönüşümler hızlansa da eşit kalır, net yönlü kayma gerekmez. Sıcaklık değiştirilirse K de değişebilir; bu farklı bir etkidir. Denge sabitinden tepkimenin hızlı olduğunu çıkaramayız. Aşağıdaki kurmaca modeller yalnız kâğıt üstü açıklamadır; gerçek gaz/reaktif uygulaması ve bütün ileri denge hesaplarının tamamlandığı iddiası değildir.
Dengede normalleştirilmiş ileri/geri hız eşit, derişimler sabittir; birbirine eşit olmak zorunda değildir. Aynı Tde Q<K ileri, Q>K geri net yön verir. Katalizör Kyi değiştirmez. İdeal hacim etkisi gaz katsayı toplamına bağlıdır; basıncın hangi işlemle değiştiği belirtilmelidir.
Adım adım bir örnek
Kurmaca izomerleşme L⇌M için sabit sıcaklık/hacimde deneysel tek yönlü yasalar ri=0,30 s⁻¹[L], rg=0,10 s⁻¹[M] verilmiş. Bir durumda[L]=0,20 M,[M]=0,60 M. Bu durumun dinamik denge koşulunu iki temsille inceleyiniz.
İki tek yönlü hızı karşılaştır
- ri=0,30·0,20=0,060 M/s; rg=0,10·0,60=0,060 M/s.
- Net ilerleme0; hızlar sıfır olmadığı hâlde derişimler sabit kalabilir. Derişimler birbirine eşit değildir.
Sınır: Hız yasaları soruda veridir; genel her net denkleme otomatik birinci mertebe atanmamıştır.
Denge oranını verilen yasalardan çıkar
- Bu özel modelde ri=rg eşitliğinden[M]/[L]=0,30/0,10=3.
- Verilen oran0,60/0,20=3; Q=K koşulu sağlanır.
Sınır: ki/kg ilişkisi burada verilen özel birinci mertebe çiftinden çıkar; genel mekanizmaların bütün hız sabitlerine genellenmez.
Dengedeki iki hızın0,060 olması neden net oluşum hızının0,060 olduğu anlamına gelmez?
Hatayı bul
“Dengede ileri hız geri hıza eşit; öyleyse[A]=[B]ve bütün moleküller dönüşmeyi bırakmış olmalı.” İlk hata nedir?
İlk hatayı göster
İlk hata: Hız eşitliğinden derişim eşitliği çıkarmak.
Hızlar derişim ve kinetik bağıntılara bağlıdır; örnekte0,20 ile0,60 M farklıyken hızlar eşittir. Ayrıca eşit hızların net farkı sıfırdır; iki yöndeki dönüşümün kendisi durmaz.
Soru3te sıkıştırma yerine aynı sıcaklık ve hacimde tepkime vermeyen ideal inert gaz eklenseydi, A₂ ve A için Qc değişir miydi?
Hayır. Tepkime türlerinin molü ve kap hacmi ilk anda değişmediğinden derişimleri ve Qc aynı kalır. Toplam basınç yükselse de bu ideal modelde tek başına denge kayması gerektirmez; sabit basınçta genişleyen kap farklı koşuldur.
Dersin soruları
1Kurmaca kapalı homojen A⇌B sistemi için belirli sıcaklıkta Kc=[B]/[A]=4. Aynı sıcaklıkta bir anda[A]=0,30 M,[B]=0,60 M. Tek bu tepkime geçerli ve dengeye erişim mümkün. (Q, net yön) çifti hangisidir?
Bu soruda hata mı var?2Kapalı bir sistem sabit sıcaklık ve hacimde tek tersinir tepkime bakımından zaten dengede. Uygun katalizör eklenmesi hacmi, sıcaklığı, türlerin etkinliklerini veya tepkimeyi değiştirmiyor; yan tepkime/adsorpsiyon ihmal ediliyor. Hangi açıklama uygundur?
Bu soruda hata mı var?3Kurmaca ideal gaz A₂(g)⇌2A(g) dengede. Sıcaklık sabit tutularak kap hacmi yarıya indiriliyor; gaz eklenmiyor, faz değişimi/yan tepkime yok. Tepkime henüz bileşimi değiştirmeden hemen sonra her gazın derişimi iki katıdır. Aynı denklemin Qc=[A]²/[A₂] ifadesi için(Qc/Kc, yeniden dengeye net yön, Kc) hangisidir?
Bu soruda hata mı var?Kendini dene
Tüm soruları cevapla. Bitirince puanını ve zorlandığın noktaları göreceksin.
1Kurmaca kapalı homojen gaz sistemi 2A(g) + B(g) ⇌ C(g) sabit sıcaklıkta inceleniyor. Bir anda [A] = 0,20 M, [B] = 0,50 M ve [C] = 0,10 M. Bu anda Qc kaçtır?
2Kurmaca kapalı kapta CaCO₃(k) ⇌ CaO(k) + CO₂(g) tepkimesi sabit sıcaklıkta inceleniyor; iki katı da kapta bulunuyor. Bu sıcaklıkta Kc = [CO₂] = 0,040 M olarak veriliyor. Bir anda [CO₂] = 0,020 M. (Qc, net yön) hangisidir?
3Kurmaca iki sistemde A derişimi uzun süre sabit ölçülüyor. I: kapalı kap, sabit sıcaklık; ileri ve geri dönüşüm hızları ayrı ayrı ölçülmüş ve eşit bulunmuş. II: A’nın sürekli girip çıktığı açık bir kap. Bu bilgilerle hangi değerlendirme uygundur?
4Kurmaca kapalı homojen gaz sistemi 2A(g) + B(g) ⇌ C(g) için belirli bir sıcaklıkta Kc = [C]/([A]²[B]) = 20. Aynı sıcaklıkta bir anda [A] = 0,50 M ve [B] = 0,10 M iken net dönüşümün girenler yönünde olduğu biliniyor. Bu andaki [C] için hangisi doğrudur?
5Aşağıdaki kurmaca denge denklemlerinde sabit sıcaklıkta kap hacmi azaltılıyor ve ilgili gazların derişimleri aynı çarpanla artıyor. Hangisinde bu işlem Qc değerini ilk anda değiştirmez?
6Aynı sıcaklıkta iki kurmaca tepkimenin denge sabitleri veriliyor: I için Kc = 1×10⁴, II için Kc = 1×10⁻². Hız verileri verilmemiş. Bu bilgi için hangi yorum uygundur?
7Kurmaca ideal gaz-katı dengesi X(k) + Y(g) ⇌ 2Z(g) sabit sıcaklıkta dengededir; katı bol miktardadır ve Qc = [Z]²/[Y] yazılır. Ayrı ayrı iki işlem uygulanıyor: I. kap hacmi sabit tutulup tepkimeye girmeyen bir asal gaz eklenerek toplam basınç iki katına çıkarılıyor; II. kap hacmi yarıya indiriliyor (toplam basınç yine iki katına çıkıyor). Bileşim henüz değişmeden hemen sonra (I için Qc/Kc; II için Qc/Kc) ve net yön hangisidir?
8Kurmaca A ⇌ B dengesi kapalı kapta kurulmuş. Üç işlem ayrı ayrı düşünülüyor: I. sabit sıcaklıkta kaba A eklemek, II. uygun bir katalizör eklemek, III. sıcaklığı değiştirmek. Hangi işlem(ler) denge sabiti K’yi değiştirebilir?
9Kurmaca kapalı homojen gaz sistemi 2A(g) ⇌ B(g) sabit sıcaklıkta dengededir: [A] = 0,20 M ve [B] = 0,40 M. Sonra aynı sıcaklıkta bileşim [A] = 0,50 M ve [B] = 1,0 M yapılıyor. (Kc, yeni bileşimde net yön) hangisidir?
10Kurmaca kapalı kapta sabit sıcaklıkta A ⇌ B tepkimesi izleniyor. Ölçümler (t s; [A] M; [B] M): (0; 1,00; 0), (20; 0,70; 0,30), (40; 0,55; 0,45), (60; 0,50; 0,50), (80; 0,50; 0,50). Hangi değerlendirme hem verilerle hem gerekçesiyle doğrudur?
Aklında kaldı mı?
Q ile K arasındaki temel ayrım nedir?
Q aynı bağıntının anlık bileşimden hesaplanan değeridir. K belirtilmiş denklem/model ve sıcaklığın denge değeridir. Aynı Tde Q<K ileri, Q>K geri net yön verir.
Basınç artınca neden her zaman az gaz mollü yöne kayma denmez?
İşlem belirtilmelidir. İdeal gazı sabit Tde hacimle sıkıştırmak kısmi basınçları değiştirir; sabit hacimde inert gaz eklemek toplam basıncı artırıp tepkime gazlarının kısmi basıncını değiştirmeyebilir.
Kaynak ve kontrol durumu
Bu ders Hepnot için hazırlandı; üçüncü taraf soru kitabından soru veya görsel aktarılmadı. Bu, başka içerikle benzerlik olmadığının garantisi değildir.
Branş editörü incelemesi ve müfredat eşleştirmesi sürüyor; bu nedenle ders taslak olarak işaretlidir.
Müfredat için başvurulacak kaynak: MEB öğretim programları.