Hacim ve Basıncın Dengeye Etkisi

Hacmin Dengeye Etkisi

Bileşenlerden en az birinin gaz olduğu denge sistemlerinin hacmi sabit sıcaklıkta değiştirildiğinde ileri ve geri tepkime hızları farklı oranda değişirse sistemin denge durumu bozulur. İleri tepkime hızı tepken derişimine, geri tepkime hızı ürün derişimine bağlıdır; bu nedenle tepken ve ürün gaz katsayısı toplamı farklı olan denge tepkimeleri hacim değişiminden etkilenir. Sistem tekrar dengeye ulaşmak için ileri ve geri tepkime hızlarını eşitlemeye çalışır. Hacim değişikliği denge sabiti (Kc) değerini değiştirmez.

Hacim Artışı: Dengedeki bir sistemin hacmi sabit sıcaklıkta artırıldığında gaz fazındaki bileşenlerin derişimi azalır. Tepken ya da ürünlerde gaz fazındaki maddelerin katsayısı fazla olan tarafın derişiminde daha fazla azalma olur. Sistem, Le Chatelier ilkesine göre bu azalmayı telafi etmek ve dengeye ulaşmak için katsayısı fazla olan tarafa ilerler.

Hacim Azalışı: Dengedeki bir sistemin hacmi sabit sıcaklıkta azaltıldığında gaz fazındaki bileşenlerin derişimi artar. Tepken ya da ürünlerde gaz fazındaki maddelerin katsayısı fazla olan tarafın derişiminde daha fazla artma olur. Sistem, bu artışı telafi etmek ve dengeye ulaşmak için katsayısı az olan tarafa ilerler.

Örneğin N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) tepkimesinde sabit sıcaklıkta hacim artırıldığında, tepken tarafındaki gaz katsayısı toplamı (1+3=4) ürün tarafındakinden (2) fazla olduğundan sistem tepkenler tarafına ilerler; [N₂], [H₂] ve [NH₃] azalır, ileri ve geri tepkime hızları azalır, Kc değişmez. Aynı sistemde sabit sıcaklıkta hacim azaltıldığında ise sistem katsayısı az olan ürünler tarafına ilerler; [N₂], [H₂] ve [NH₃] artar, ileri ve geri tepkime hızları artar, Kc yine değişmez.

Tepken ile ürün katsayıları eşit olan gaz fazındaki denge tepkimelerinde (örneğin H₂(g) + Cl₂(g) ⇌ 2HCl(g)) hacim değişimi denge durumunu değiştirmez; ancak gaz fazındaki maddelerin derişimleri hacim değişiminden etkilenir. Heterojen denge tepkimelerinde hacim değişimi yalnızca gaz fazındaki maddelerin derişimini etkiler; katı ve sıvı fazdaki maddelerin derişimi hacim değişiminden etkilenmez (örneğin 2CO(g) ⇌ C(k) + CO₂(g) tepkimesinde hacim artırıldığında C(k) derişimi değişmez).

Basıncın Dengeye Etkisi

Gaz fazında gerçekleşen denge tepkimelerinde hacim değişimi denge bileşenlerinin basıncını ve dolayısıyla toplam basıncı etkiler. Kimyasal denge tepkimelerinde tepken ve ürünlerdeki gazların katsayısı farklıysa hacim değişimi basıncı ve dengeyi etkiler.

Hacim küçültülerek basınç artırıldığında: Sistem, basıncı azaltmak için daha az gaz molekülü içeren tarafa (gaz katsayısının daha düşük olduğu tarafa) ilerler.

Hacim artırılarak basınç azaltıldığında: Sistem, basıncı artırmak için daha fazla gaz molekülü içeren tarafa (gaz katsayısının yüksek olduğu tarafa) ilerler.

Örneğin N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) tepkimesinde sabit sıcaklıkta hacim azaltılarak basınç artırıldığında, sistem toplam basıncı düşürmek için gaz katsayısı az olan ürünler tarafına ilerler; PN₂, PH₂ ve PNH₃ artar, ileri ve geri tepkime hızları artar, Kc değişmez. Heterojen denge tepkimelerinde ise hacim değişimi yalnızca gaz fazındaki maddelerin basıncını etkiler; katı ve sıvı fazdaki maddelerin basıncı bu değişimden etkilenmez.

Özet

• Gaz katsayıları toplamı farklı olan denge tepkimelerinde hacim artışı, katsayısı fazla olan tarafa; hacim azalışı, katsayısı az olan tarafa doğru dengeyi kaydırır; hacim değişimi Kc'yi değiştirmez, yalnızca gaz fazındaki maddelerin derişimini etkiler.
• Tepken-ürün gaz katsayıları eşit olan tepkimelerde (H₂+Cl₂⇌2HCl gibi) hacim değişimi denge durumunu etkilemez; heterojen dengelerde hacim değişimi yalnızca gaz fazındaki maddeleri etkiler.
• Basınç artışında (hacim küçültme) sistem az gaz molekülü içeren tarafa, basınç azalışında (hacim artırma) sistem çok gaz molekülü içeren tarafa ilerler; N₂+3H₂⇌2NH₃ örneğinde basınç artışı ürünler tarafına kaydırır, Kc değişmeden kalır.