Sıcaklık ve Katalizörün Dengeye Etkisi

Sıcaklığın Dengeye Etkisi

Le Chatelier ilkesine göre dengede olan bir sistemde sıcaklık değiştirildiğinde sistem, bu sıcaklık değişimini gidermek için çalışır: sıcaklık artırıldığında sıcaklığı düşürmeye, sıcaklık düşürüldüğünde ise sıcaklığı artırmaya çalışarak yeniden dengeye ulaşmak ister. Bu süreçte, diğer faktörlerden farklı olarak denge sabiti (Kc) değeri de değişir. Sıcaklık değişiminin dengeye etkisi, tepkimenin endotermik ya da ekzotermik olmasına bağlı olarak değişir.

Endotermik Denge Tepkimelerine Sıcaklığın Etkisi: Endotermik denge tepkimelerinde sıcaklık artırıldığında sistem, sıcaklığı düşürerek tekrar dengeye ulaşmak için ürünler yönüne ilerler; yeni kurulan dengede ürün derişimi artıp tepken derişimi azaldığı için Kc'nin değeri artar. Sıcaklık azaltıldığında ise sistem, sıcaklığı artırarak dengeye ulaşmak için tepkenler yönüne ilerler; ürün derişimi azalıp tepken derişimi arttığı için Kc'nin değeri azalır. Endotermik denge tepkimelerinde sıcaklık ile Kc doğru orantılı değişir.

Ekzotermik Denge Tepkimelerine Sıcaklığın Etkisi: Ekzotermik denge tepkimelerinde sıcaklık artırıldığında sistem, sıcaklığı düşürerek dengeye ulaşmak için tepkenler yönüne ilerler; ürün derişimi azalıp tepken derişimi arttığı için Kc'nin değeri azalır. Sıcaklık azaltıldığında ise sistem, sıcaklığı artırarak dengeye ulaşmak için ürünler yönüne ilerler; ürün derişimi artıp tepken derişimi azaldığı için Kc'nin değeri artar. Ekzotermik denge tepkimelerinde sıcaklık ile Kc ters orantılı değişir.

Örnekler: Endotermik N₂O₄(g) + ısı ⇌ 2NO₂(g) tepkimesinde sabit hacimde sıcaklık artırıldığında sistem ürünler yönüne ilerler; [N₂O₄] azalır, [NO₂] artar, ileri ve geri tepkime hızları artar, Kc'nin değeri artar. Ekzotermik PCl₃(g) + Cl₂(g) ⇌ PCl₅(g) + ısı tepkimesinde sabit hacimde sıcaklık azaltıldığında sistem ürünler yönüne ilerler; [PCl₃] ve [Cl₂] azalır, [PCl₅] artar, ileri ve geri tepkime hızları azalır, Kc'nin değeri artar (sıcaklık azaldıkça ekzotermik tepkimede Kc artması, ters orantı ilişkisini doğrular).

Katalizörün Dengeye Etkisi

Katalizör, tepkimelerin aktivasyon enerjisini düşürerek tepkimeleri hızlandırır. Denge tepkimelerinde katalizör hem ileri hem de geri tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürerek sistemin dengeye ulaşma hızını artırır ve sistemin dengeye daha kısa sürede ulaşmasını sağlar. Katalizör ileri ve geri tepkimelerin hızını aynı oranda artırır; bu nedenle denge sabiti (Kc) değerini, ürünlerin ve tepkenlerin denge derişimlerini değiştirmez — yalnızca dengeye ulaşma süresini kısaltır.

Katalizörsüz ve katalizörlü bir dengenin karşılaştırılmasında, sistem yeniden dengeye ulaştığında başlangıç denge durumuna göre: tepken ve ürün derişimleri değişmez; ileri tepkime hızı artar; geri tepkime hızı artar; dengeye gelme süresi azalır; Kc'nin değeri değişmez.

Dengeye Etki Eden Faktörlerin Karşılaştırılması

Beş faktörün (derişim, hacim, basınç, sıcaklık, katalizör) denge sabiti (Kc) üzerindeki etkisi farklıdır: derişim, hacim, basınç ve katalizör değişiklikleri Kc değerini değiştirmez — bunlar yalnızca sistemin dengeye ulaşma yönünü veya hızını etkiler. Yalnızca sıcaklık değişimi Kc değerini değiştirir; bu değişimin yönü tepkimenin endotermik ya da ekzotermik oluşuna bağlıdır. Ayrıca tepkimeye katılmayan bir gazın (örneğin He gibi soy gazın) sabit hacimde sisteme eklenmesi denge derişimlerini değiştirmediğinden dengeyi etkilemezken, sabit basınçlı bir kaba eklenmesi toplam hacmi artırarak denge derişimlerini değiştirebileceğinden dengeyi etkileyebilir.

Özet

• Sıcaklık artışı endotermik tepkimelerde dengeyi ürünler yönüne kaydırıp Kc'yi artırırken, ekzotermik tepkimelerde dengeyi tepkenler yönüne kaydırıp Kc'yi azaltır; sıcaklık, Kc'yi değiştiren tek faktördür.
• Katalizör ileri ve geri tepkime hızlarını eşit oranda artırarak yalnızca dengeye ulaşma süresini kısaltır; denge derişimlerini ve Kc değerini değiştirmez.
• Derişim, hacim, basınç ve katalizör Kc'yi değiştirmezken yalnızca sıcaklık Kc'yi değiştirir; tepkimeye katılmayan bir gazın sabit hacimde eklenmesi dengeyi etkilemez, sabit basınçta eklenmesi ise hacim artışı yoluyla dengeyi etkileyebilir.