Le Chatelier İlkesi ve Derişimin Dengeye Etkisi

Denge Neden Bozulur, Nasıl Yeniden Kurulur?

Bir sistemde ileri ve geri yöndeki tepkime hızları eşit olduğunda sistem denge hâlindedir. Sisteme dışarıdan basınç, hacim, sıcaklık ve derişim değişikliğine neden olan etkiler uygulandığında ileri ve geri tepkime hızlarının farklı oranda değişmesi sonucu denge hâli bozulur. Denge bozulduğunda sistem, ileri ve geri tepkime hızlarını yeniden eşitleyecek şekilde davranarak tekrar dengeye ulaşır. Denge bozulduğunda tepkime hızlarının değişim şekline göre denge ileri ya da geri yönde hareket eder. Sistemin yeniden dengeye ulaşması için ilerleyeceği yön Le Chatelier ilkesi ile belirlenir.

Le Chatelier İlkesi

Fransız mühendis ve kimyager Henri Le Chatelier (1850-1936) tarafından geliştirilen bu ilke, denge tepkimelerinin kontrol altında tutulmasına ve verimliliğinin artırılmasına yönelik önemli bilgiler ortaya koyar. Le Chatelier ilkesine göre dengedeki bir sisteme bir etki yapıldığında sistem bu etkiyi azaltacak yönde hareket eder. Örneğin dengede bulunan bir sistemde sıcaklık artırılırsa sistem bu artışı telafi etmek için sıcaklığı düşürecek yöne ilerler; basınç düştüğünde ise sistem bu düşüşü telafi etmek için basıncın artacağı yöne ilerler. Le Chatelier ilkesi hem kimyasal hem fiziksel dengeler için geçerlidir. Dengeye etki eden dört temel faktör derişim, hacim, basınç ve sıcaklıktır; ayrıca katalizör dengeye ulaşma süresini etkiler.

Derişimin Dengeye Etkisi

Dengedeki bir sistemde tepken veya ürünlerin derişimi değiştiğinde sistem bu değişikliği giderecek şekilde tepki verir. Sistem, derişimi azaltılan bir maddenin derişimini artırmaya, derişimi artırılan bir maddenin ise derişimini azaltmaya çalışır. Böylece sistem tekrar dengeye ulaşabilir. Derişimin değişmesi ileri ve geri hız sabitlerini etkilemediği için denge sabiti (Kc) değerini değiştirmez.

Dengedeki Sisteme Madde Ekleme: Sabit hacim ve sıcaklıkta dengede bulunan bir kimyasal tepkimedeki maddelerden biri eklenerek maddenin derişimi artırıldığında sistem, Le Chatelier ilkesine göre eklenen maddenin derişimini azaltacak yönde hareket eder.

Dengedeki Sistemden Madde Çıkarma: Sabit hacim ve sıcaklıkta dengede bulunan bir kimyasal tepkimedeki maddelerden biri çıkarılarak maddenin derişimi azaltıldığında sistem, Le Chatelier ilkesine göre çıkarılan maddenin derişimini artıracak yönde hareket eder.

Örnek: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

Sabit hacim ve sıcaklıkta dengedeki bu sisteme N₂(g) eklendiğinde, sistem eklenen N₂'nin derişimini azaltacak yönde, yani ürünler yönüne ilerler. Sistem yeniden dengeye ulaştığında başlangıç denge durumuna göre [N₂] artar, [H₂] azalır, [NH₃] artar; hem geri hem ileri tepkime hızı artar; Kc'nin değeri değişmez.

Aynı sistemden sabit hacim ve sıcaklıkta H₂(g) çıkarıldığında, sistem çıkarılan H₂'nin derişimini artıracak yönde, yani tepkenler yönüne ilerler. Sistem yeniden dengeye ulaştığında [N₂] artar, [H₂] azalır, [NH₃] azalır; hem geri hem ileri tepkime hızı azalır; Kc'nin değeri yine değişmez. Bu iki örnek, hangi madde eklenir ya da çıkarılırsa çıkarılsın derişim değişikliğinin denge sabitini etkilemediğini, yalnızca sistemin dengeye ulaşma yönünü belirlediğini gösterir.

Özet

• Le Chatelier ilkesine göre dengedeki bir sisteme dışarıdan bir etki (derişim, hacim, basınç, sıcaklık değişimi) uygulandığında sistem bu etkiyi azaltacak yönde hareket ederek yeniden dengeye ulaşır; bu ilke hem kimyasal hem fiziksel dengeler için geçerlidir.
• Derişimi artırılan bir maddenin derişimini azaltmak için sistem o maddenin bulunduğu tarafın karşı yönüne ilerler; derişimi azaltılan bir maddenin derişimini artırmak için ise sistem o maddenin bulunduğu tarafa ilerler; derişim değişimi denge sabiti (Kc) değerini etkilemez.
• N₂+3H₂⇌2NH₃ örneğinde N₂ eklenmesi sistemi ürünler yönüne, H₂ çıkarılması ise sistemi tepkenler yönüne ilerletir; her iki durumda da Kc değişmeden kalır.