Dengeye Gelme Sürecinde İleri ve Geri Tepkime Hızları

Tepkime Hızlarının Zamanla Değişimi

Kimyasal ve fiziksel olayların dengeye gelme sürecinde ileri ve geri tepkime hızları arasındaki ilişki, örnek tepkimeler üzerinden incelenebilir. SO₂(g) + NO₂(g) ⇌ SO₃(g) + NO(g) tepkimesinde sabit sıcaklıkta denge sürecinin işleyişi şöyledir: kapalı bir kapta eşit derişimli SO₂ ve NO₂ gazlarıyla başlayan tersinir tepkimenin başlangıcında SO₂ ve NO₂ derişimleri en yüksek olduğundan ileri tepkime hızı en yüksek seviyededir. Ancak başlangıçta SO₃ ve NO gazları ortamda bulunmadığından geri tepkime hızı sıfırdır.

Zamanla SO₂ ve NO₂ gazlarının derişiminin azalması nedeniyle ileri tepkime hızı da azalır. Bu sırada SO₃ ve NO gazlarının oluşumuyla birlikte geri tepkime de başlar; SO₂ ve NO₂ derişimi azalırken SO₃ ve NO derişimi artar, bu da geri tepkime hızının artmasını sağlar. İleri ve geri tepkime hızları birbirine eşitlenene kadar değişmeye devam eder. Hızların eşitlenmesiyle denge oluşur ve bu noktadan sonra hızlar sabit kalır. Sonuç olarak en yüksek değerinde başlayan ileri tepkime hızı dengeye gelene kadar azalarak devam ederken geri tepkime hızı sıfırdan başlayıp artarak devam eder; dengeye ulaşıldığında her iki hız da eşitlenir ve tepkime sabit bir hızla devam eder.

Katı Tepkenli Bir Tepkimede Denge Süreci

CaCO₃(k) ⇌ CaO(k) + CO₂(g) tepkimesi, tepkeni katı fazda olan bir denge örneğidir. Hız denklemine saf katı ve sıvılar yazılmadığı için ileri tepkime hızı bu maddelerin derişiminden bağımsızdır. CaCO₃ katı hâlde olduğu için tepkime sürecinde derişimi değişmez; bu nedenle ileri tepkime hızı, tepkenin (CaCO₃'ün) miktarından değil sıcaklık gibi diğer koşullardan etkilenir ve sabit kalır. Başlangıç anında kapta CaO(k) ve CO₂(g) bulunmadığından geri tepkime hızı başlangıçta sıfırdır; CO₂ gazı oluşmaya başladıkça geri tepkime hızı artar ve bir süre sonra ileri tepkime hızına eşitlenerek denge kurulur.

Denge anında tepkimedeki maddelerin derişimi sabit kalır. Aynı koşullarda CaCO₃(k) bileşiğinin birim hacimdeki mol sayısı, CaO(k) bileşiğinin birim hacimdeki mol sayısından daha büyüktür; bu da katı maddelerin derişim-zaman grafiğindeki konumlarını belirler.

Tersinir Tepkimelerde Dengenin Genel Özellikleri

Özetle, tersinir kimyasal tepkimeler dengeye ulaştığında:

• İleri tepkime hızı geri tepkime hızına eşittir.
• Derişim, basınç ve sıcaklık sabittir.
• Gözlenebilen makro olaylar sabit kalırken gözlenemeyen alt mikro olaylar (moleküler düzeydeki ileri/geri tepkimeler) devam eder.

Özet

• SO₂+NO₂⇌SO₃+NO tepkimesinde ileri tepkime hızı başlangıçta en yüksektir ve zamanla azalır; geri tepkime hızı sıfırdan başlayıp artar; ikisi eşitlendiğinde denge kurulur ve sabit kalır.
• CaCO₃(k)⇌CaO(k)+CO₂(g) örneğinde katı tepkenin derişimi tepkime sürecince değişmediğinden hız denklemine dahil edilmez; geri tepkime hızı başlangıçta sıfırdır ve CO₂ oluştukça artarak dengeye ulaşır.
• Dengedeki bir tepkimede ileri ve geri tepkime hızları eşittir, derişim/basınç/sıcaklık sabittir; ancak bu durağanlık yalnızca makroskobik gözlemde geçerlidir — moleküler düzeyde ileri ve geri tepkimeler sürekli devam eder (dinamik denge).