Kimyasal Denge

Çift yönlü şu reaksiyonda Cu2O+CO ——- 2Cu+CO2 giren maddeler ile oluşan ürünlerin kapalı bir kapta bulunduğu kabul edilirse, başlangıçta sadece Cu2O ve CO mevcuttur. Reaksiyon önce sağa ilerleyip belirli miktar Cu ve CO2 meydana geldikten sonra reaksiyon sola doğru ilerler. Sonunda her iki yöndeki reaksiyonlar aynı hıza erişir ve Cu2O, CO, Cu ve CO2 dengeye erişmiş olurlar ve fiilen reaksiyon durmuş olur. Çünkü her iki reaksiyon birbiri ile denge haline erişmiş olur. Herhangi bir reaksiyonun hızı, reaksiyona giren maddelerin aktivitelerinin çarpımına eşittir. Gazların aktivite değeri olarak kısmi basınçları alınır. Katıların aktivitesi herhangi bir sıcaklıkta sabit bir değer olup, katının miktarına bağlı değildir. Saf sıvıların aktivitesi olarak söz konusu sıcaklıktaki sıvının buhar basıncı alınabilir ve bu değer saf sıvının miktarına bağlı değildir. Çözeltideki maddelerin aktivitesi için söz konusu maddenin konsantrasyonu alınabilir. Saf ve katı maddeler için “a” aktivite değeri olarak 1 alınabilir.

Reaksiyonun sağa olan hızı = V1 ve reaksiyonun sola olan hızı = V2 ile gösterilirse, V1 = K1. aCu2O . PCO ve V2 = K2 . aCu . PCO2, Denge halinde V1 = V2 olacağından; K1. aCu2O . PCO = K2 . aCu . PCO2 olur. Katıların aktiviteleri 1 olduğundan, sonuçta K = K1/K2 = PCO2/PCO olur. K > 1 den büyük ise (standart şarttaki serbest enerji değişimi, ΔG °T= – olduğunda) reaksiyon sağa, K<1 ise (ΔG °T= + olduğunda) reaksiyonun sola ilerlemekte olduğu anlaşılır. Denge sabiteleri ve denge konusu aşağıdaki örnekle izah edilebilir: 2CO(g) + O2(g) 2CO2(g), Kapalı bir kapta, reaksiyon dengeye eriştiğinde bu sisteme dışarıdan CO2 verilirse, sistem bunu azaltacak yönde yani sola dönecek şekilde gelişir. Aksine teşekkül eden CO2 devamlı olarak ortamdan uzaklaştırılırsa, reaksiyon sağ tarafa devam edecektir. Sistem daima kendisini dengeye ulaştıracak şartları temin yönünde gelişme gösterecektir.

Örnek: Mg(k) + 1/2O2(g) MgO(k) reaksiyonun 1000 K de ve atmosfere açık olarak cereyan ettiğini düşünerek bu durumda reaksiyonun yönü ve devamını yorumlayınız.

Çözüm:
ΔGT = ΔGT° + RT ln Kp

Denge durumunda ΔGT=0 olduğundan, ΔGT°+RT ln Kp= 0 dan,

-145700 + 1,987 . 1000 ln Kp = 0,

-145700 + 2,303 . 1,987 . 1000 log Kp = 0

Kp = 1/PO21/2 olarak yerine konursa,

log K(1/PO21/2) = 145700/4575 = 31,85 den K= 7,03×1031, Bu da 1/PO21/2= 7,03×1031 demektir.

PO21/2= 1/ 7,03×1031 = 1,42×10-32 olur. PO2 = (1,42×10-32)2 olur.

Buradan PO2 = 2,03×10-64 atm bulunur. Bulunan denge oksijen basıncı değerinin atmosfere açık olan sistemdeki oksijen kısmi
basıncından (0,21 atm) çok küçük olduğu ve K>1 olduğu için, sistem kendisini (yani 0,21 atm lik oksijen basıncını) denge şartı olan PO2 = 2,03×10-64 atm getirme yönünde zorlayacak, yani sürekli olarak ortamdaki oksijeni tüketme yönünde (MgO oluşumu yönünde) sağa doğru devam edecektir. Buna benzer soruların üniversite hocalarının konu anlatım kitaplarında veya pdf formatlı ders notlarında bulabilirsiniz.

Reaksiyonun dengesi konsantrasyon, basınç, karıştırma/gaz akış hızı, tane boyutu ve sıcaklık tarafından etkilenmektedir.

Reaksiyon hızları ile ilgili şu sınıflandırma yapılabilir:

1-Sabit hızda olanlar: Hız, bir katı ile bir sıvı arasında, özel hallerde meydana gelen heterojen reaksiyonlarda sabittir. Özel haller: a-Reaksiyona giren maddenin konsantrasyonunun sabit kalması, b-Proses esnasında katının yüzey alanının değişmemesi, gibi

2-Hızı zamanla azalanlar: Bunu teşvik eden haller ise, a-reaksiyona giren maddelerden birinin konsantrasyonunun azalması, b-reaksiyona giren maddelerden birinin yüzey alanının azalması veya yüzeyde engel bir tabakanın oluşumu, gibi

3-Hızı zamanla artanlar: Bunlara otokatalitik reaksiyonlar denir. Reaksiyon ürünü reaksiyonu teşvik edecek şekilde etki etmesi hali.