İçeriğe geç

11. sınıf · Kimya · 14. hafta (21-25 Aralık 2026)

Fiziksel ve Kimyasal Değişimlerde Denge: Denge Bağıntısı, Heterojen Dengeler ve Denge Kesri Hesaplamaları

2. Tema: Çeşitlilik teması · Konu özeti

🃏 Kavram kartlarıEtkinlikler
Bu hafta

Geçen hafta kapalı bir kapta sabit sıcaklıkta gerçekleşen tersinir değişimlerde ileri ve geri tepkime hızlarının eşitlenmesiyle 'dinamik denge'nin kurulduğunu öğrenmiştik. Bu hafta ise kimyasal dengenin nicel (matematiksel) boyutunu ele alıyoruz: Kütlelerin Etkisi Yasası'ndan hareketle derişimler cinsinden denge bağıntısının (Kc) ve kısmi basınçlar cinsinden denge bağıntısının (Kp) nasıl yazıldığını, heterojen dengelerde hangi fiziksel hâllerin bağıntıya alındığını, tepkime denklemleriyle oynandığında denge sabitinin nasıl değiştiğini ve herhangi bir andaki bir karışımın dengede olup olmadığını test eden 'Denge Kesri (Qc)' kavramını ayrıntılı olarak inceleyeceğiz.

1. Kütlelerin Etkisi Yasası ve Derişimler Türünden Denge Sabiti (Kc)

Sabit sıcaklıkta kapalı bir kapta gerçekleşen genel bir tersinir tepkime düşünelim: aA(g) + bB(g) çift yönlü ok cC(g) + dD(g). Tek basamakta gerçekleşen bu tepkimede ileri yöndeki hız bağıntısı r_ileri = k_i · [A]a · [B]b, geri yöndeki hız bağıntısı ise r_geri = k_g · [C]c · [D]d şeklinde yazılır. Sistem dinamik dengeye ulaştığı anda ileri ve geri tepkime hızları birbirine eşitlenir (r_ileri = r_geri).

Hız ifadeleri eşitlenip hız sabitleri bir tarafta, molar derişimler diğer tarafta toplandığında derişimler türünden denge sabiti (Kc veya Kd) elde edilir: Kc = k_ik_g = [C]c · [D]d,[A]a · [B]b. Guldberg ve Waage tarafından ortaya konulan ve 'Kütlelerin Etkisi Yasası' olarak bilinen bu bağıntıya göre; dengedeki bir tepkimede ürünlerin denge derişimlerinin (katsayıları üs olarak alınarak) çarpımının, girenlerin denge derişimlerinin çarpımına oranı sabit sıcaklıkta daima sabittir ve 'Kc' yalnız sıcaklıkla değişir.

SembolAdı ve TanımıÖnemli Kural
k_i ve k_gİleri ve geri tepkime hız sabitleriOranları denge sabitini verir: Kc = k_ik_g
[X]Maddenin denge anındaki molar derişimi (mol/L)M = n (mol)V (Litre) olarak hesaplanıp bağıntıya yazılır
a, b, c, dDenkleştirilmiş tepkimedeki stokiyometrik katsayılarDenge bağıntısında derişimlerin üssü olarak yazılır
Kc (veya Kd)Derişimler türünden denge sabitiYalnızca gaz (g) ve sulu çözelti (suda/aq) fazları yazılır
Kütlelerin Etkisi Yasası ve Denge Sabitinin (Kc) Türetilmesi Genel Tepkime: a A(g) + b B(g) <-> c C(g) + d D(g) Denge Şartı (r_ileri = r_geri) k_i · [A]ᵃ · [B]ᵇ = k_g · [C]ᶜ · [D]ᵈ Kc yalnız SICAKLIK (T) ile değişir! Denge Bağıntısı (Kc) Kc = k_i / k_g = ([C]ᶜ · [D]ᵈ) / ([A]ᵃ · [B]ᵇ) [X] = Molar Derişim (mol / Litre)
🔍 Büyütmek için dokunun

2. Homojen ve Heterojen Dengeler: Saf Katı ve Sıvıların Durumu

Bir denge tepkimesinde yer alan giren ve ürünlerin tamamı aynı fiziksel fazda ise (örneğin hepsi gaz fazında: N2(g) + 3H2(g) çift yönlü ok 2NH3(g)) bu tür dengelere 'homojen denge' denir. Eğer tepkimedeki maddelerden en az biri farklı bir fiziksel fazda bulunuyorsa (örneğin kireç taşının ayrışması: CaCO3(k) çift yönlü ok CaO(k) + CO2(g)) bu tür dengelere ise 'heterojen denge' adı verilir.

Denge bağıntısı (Kc) yazılırken çok kritik bir kural uygulanır: Saf katıların (k) ve saf sıvıların (s) belirli bir sıcaklıkta yoğunlukları ve dolayısıyla molar derişimleri (nV) madde miktarı değişse bile sabit kaldığından, saf katılar ve saf sıvılar denge bağıntısında YAZILMAZ (değerleri 1 kabul edilerek sabit içine dahil edilir). Denge bağıntısında yalnızca derişimi değişebilen 'gazlar (g)' ve 'sulu çözeltiler (suda / aq)' yer alır. Örneğin CaCO3(k) çift yönlü ok CaO(k) + CO2(g) tepkimesinin denge bağıntısı yalnızca Kc = [CO2] şeklindedir.

Heterojen Dengelerde Fiziksel Hâl Seçimi BAĞINTIYA YAZILANLAR 1. Gazlar — (g): Hem Kc hem Kp'de 2. Sulu Çözeltiler — (suda / aq): Yalnız Kc'de Çünkü molar derişimleri ve kısmi basınçları zamanla değişebilir. BAĞINTIYA YAZILMAYANLAR 1. Saf Katılar — (k): Yazılmaz (1 alınır) 2. Saf Sıvılar — (s): Yazılmaz (1 alınır) Örnek: CaCO3(k) <-> CaO(k) + CO2(g) Kc = [CO2] ve Kp = P_CO2
🔍 Büyütmek için dokunun

3. Kısmi Basınçlar Türünden Denge Sabiti (Kp) ve Kp-Kc İlişkisi

Gaz fazında gerçekleşen denge tepkimelerinde gazların molar derişimleri yerine kısmi basınçları (P) kullanılarak da denge bağıntısı yazılabilir; buna 'kısmi basınçlar türünden denge sabiti (Kp)' denir. Kp bağıntısına yalnızca gaz (g) fazındaki maddeler alınır; katı (k), sıvı (s) ve sulu çözelti (suda/aq) fazındaki maddeler Kp bağıntısında yer almaz! Örneğin aA(g) + bB(g) çift yönlü ok cC(g) + dD(g) tepkimesi için Kp = (P_C)c · (P_D)d,(P_A)a · (P_B)b şeklindedir.

İdeal gaz denkleminden (P·V = n·R·T -> P = nV·R·T = [M]·R·T) hareketle Kp ile Kc arasında çok önemli bir matematiksel bağıntı türetilir: Kp = Kc · (R·T)Delta_n. Bu formülde R ideal gaz sabiti (22,4273 veya 0,082 L·atm/mol·K), T mutlak sıcaklık (Kelvin = °C + 273) ve Delta_n ise 'denklemdeki gaz fazındaki ürünlerin katsayıları toplamı eksi gaz fazındaki girenlerin katsayıları toplamı' (Delta_n = n_ürün(gaz) - n_giren(gaz)) değeridir. Eğer bir tepkimede Delta_n = 0 ise (R·T)0 = 1 olacağından Kp = Kc olur.

Denge TepkimesiDelta_n = n_ürün(g) - n_giren(g)Kp ile Kc Arasındaki Bağıntı
H2(g) + Cl2(g) <-> 2HCl(g)2 - (1 + 1) = 0Kp = Kc
N2(g) + 3H2(g) <-> 2NH3(g)2 - (1 + 3) = -2Kp = Kc · (R·T)-2 = Kc,(R·T)2
PCl5(g) <-> PCl3(g) + Cl2(g)(1 + 1) - 1 = +1Kp = Kc · (R·T)
CaCO3(k) <-> CaO(k) + CO2(g)1 - 0 = +1 (Katılar alınmaz!)Kp = Kc · (R·T)
Kısmi Basınçlar (Kp) ve Derişimler (Kc) Denge Sabitleri İlişkisi Kp = Kc · (R · T)^Δn Δn = (Ürünlerdeki GAZ katsayıları toplamı) - (Girenlerdeki GAZ katsayıları toplamı) Δn = 0 ise Kp = Kc H2(g) + I2(g) <-> 2HI(g) Δn > 0 ise (Örn: +1) Kp = Kc · (R·T) PCl5(g) <-> PCl3(g) + Cl2(g) Δn < 0 ise (Örn: -2) Kp = Kc / (R·T)² N2(g) + 3H2(g) <-> 2NH3(g)
🔍 Büyütmek için dokunun

4. Denge Denklemi ve Denge Sabiti İlişkisi (Hess Yasası Uygulaması)

Kimyasal denge tepkimeleri üzerinde matematiksel işlemler yapıldığında denge sabiti (Kc veya Kp) belirli kurallara göre değişir. Birincisi: Bir denge tepkimesi ters çevrilirse (girenler ile ürünler yer değiştirirse), yeni tepkimenin denge sabiti ilk denge sabitinin çarpmaya göre tersi olur: Kc_yeni = 1Kc.

İkincisi: Bir denge tepkimesinin tüm katsayıları herhangi bir n sayısı ile çarpılırsa, bu sayı denge sabitinin üssü olarak yazılır: Kc_yeni = (Kc)n. (Örneğin denklem 2 ile çarpılırsa Kc2, yarıya bölünürse Kc1/2 = olur.) Üçüncüsü: İki veya daha fazla denge tepkimesi taraf tarafa toplanarak net bir tepkime elde edilirse, net tepkimenin denge sabiti toplanan tepkimelerin denge sabitlerinin çarpımına eşittir: Kc_net = Kc1 · Kc2.

Tepkime Denklemine Yapılan İşlemÖrnek DenklemYeni Denge Sabiti
Ana TepkimeX(g) + Y(g) <-> Z(g)Kc
Tepkime Ters ÇevrilirseZ(g) <-> X(g) + Y(g)Kc' = 1Kc
Tepkime n Katsayısıyla Çarpılırsa (n = 2)2X(g) + 2Y(g) <-> 2Z(g)Kc' = Kc2
Tepkime 2'ye Bölünürse (n = 1/2)1/2 X(g) + 1/2 Y(g) <-> 1/2 Z(g)Kc' =
İki Tepkime Taraf Tarafa ToplanırsaTepkime 1 + Tepkime 2 = Net TepkimeKc_net = Kc1 · Kc2
Denge Denklemi İşlemleri (Hess Yasasının Dengeye Uygulanması) 1. TERS ÇEVİRME A <-> B (Kc) B <-> A (Kc' = 1 / Kc) Çarpmaya göre tersi alınır 2. KATSAYIYLA ÇARPMA A <-> B (Kc) nA <-> nB (Kc' = Kcⁿ) Çarpılan sayı ÜS olarak yazılır 3. TEPKİMELERİ TOPLAMA Tepkime 1 (Kc1) + Tepkime 2 (Kc2) Kc_net = Kc1 · Kc2 Denge sabitleri ÇARPILIR
🔍 Büyütmek için dokunun

5. Başlangıç-Değişim-Denge (BDD) Tablosu ile Nicel Hesaplamalar

Bir tepkime kabına yalnız girenler veya girenlerle birlikte ürünler konulduğunda sistemin dengeye ulaşma sürecindeki mol ve derişim hesaplamaları 'Başlangıç - Değişim - Denge (BDD)' tablosu kurularak yapılır. Başlangıç satırına kaba konulan ilk mol sayıları yazılır. Değişim satırında ise tepkimenin ilerlediği yönde girenlerin mol sayısı stokiyometrik katsayılarıyla orantılı olarak azalırken (-a·x, -b·x), ürünlerin mol sayısı katsayılarıyla orantılı olarak artar (+c·x, +d·x).

Denge satırında her maddenin son mol sayısı (n_denge = n_başlangıç ± n_değişim) bulunur. Çok önemli bir adım olarak; denge bağıntısında köşeli parantezler molar derişimi (M = nV) ifade ettiğinden, denge mol sayıları mutlaka kabın hacmine (V) bölünerek molar derişimlere çevrilir ve Kc bağıntısında yerine yazılır.

Başlangıç - Değişim - Denge (BDD) Tablosu Şeması Aşama N2(g) + 3 H2(g) <-> 2 NH3(g) Başlangıç (mol) n1 n2 0 Değişim (mol) -x -3x +2x Denge (mol) n1 - x n2 - 3x 2x Derişim (M=n/V) (n1 - x) / V (n2 - 3x) / V 2x / V
🔍 Büyütmek için dokunun

6. Denge Kesri (Qc / Yabancı Denge Sabiti) ve Denge Kontrolü

Bir tepkime kabında hem giren hem de ürün maddelerin bulunduğu herhangi bir t anında, sistemin o an dengede olup olmadığını, dengede değilse dengeye ulaşmak için hangi yöne (ürünlere mi, girenlere mi) ilerleyeceğini anlamak için 'Denge Kesri (Qc)' hesaplanır. Qc, tıpkı Kc gibi ürün derişimlerinin giren derişimlerine oranlanmasıyla bulunur; tek farkı Kc'de denge anındaki derişimler kullanılırken, Qc'de herhangi bir andaki mevcut derişimlerin kullanılmasıdır.

Hesaplanan Qc değeri tepkimenin bilinen denge sabiti Kc ile karşılaştırılır ve üç durum ortaya çıkar: 1) Eğer Qc = Kc ise sistem o anda tam dengededir; ileri ve geri hızlar eşittir, net bir yönelme olmaz. 2) Eğer Qc < Kc ise kesrin değerini büyütüp Kc'ye eşitlemek için payın (ürünlerin) artması, paydanın (girenlerin) azalması gerekir; dolayısıyla tepkime 'ürünler yönüne (sağa / ileri yöne)' ilerler. 3) Eğer Qc > Kc ise kesri küçültüp Kc'ye eşitlemek için paydanın (girenlerin) artması gerekir; tepkime 'girenler yönüne (sola / geri yöne)' ilerler.

Karşılaştırma DurumuSistemin DurumuDengeye Ulaşmak İçin İlerleme YönüZamanla Derişim Değişimi
Qc = KcDengededirNet ilerleme olmaz (r_i = r_g)Giren ve ürün derişimleri değişmez
Qc < KcDengede değildirÜrünler yönüne (Sağa / İleri yöne)Ürün derişimi artar, giren derişimi azalır
Qc > KcDengede değildirGirenler yönüne (Sola / Geri yöne)Giren derişimi artar, ürün derişimi azalır
Denge Kesri (Qc) ve Tepkimenin İlerleme Yönü Qc < Kc Ürün derişimi azdır Yön: ÜRÜNLERE (Sağa ->) Zamanla Qc büyür ve Kc'ye eşitlenir Qc = Kc Sistem TAM DENGEDEDİR Net yönelme olmaz (<->) r_ileri = r_geri Derişimler sabit kalır Qc > Kc Ürün derişimi fazladır Yön: GİRENLERE (<- Sola) Zamanla Qc küçülür ve Kc'ye eşitlenir
🔍 Büyütmek için dokunun

Örnekler

  1. Örnek 1Aşağıda verilen heterojen denge tepkimesinin derişimler türünden (Kc) ve kısmi basınçlar türünden (Kp) denge bağıntılarını yazınız: Fe3O4(k) + 4H2(g) çift yönlü ok 3Fe(k) + 4H2O(g)

    Cevabı göster

    Saf katılar olan Fe3O4(k) ve Fe(k) denge bağıntısında yer almaz; yalnız gaz fazındaki H2(g) ve H2O(g) alınır. Kc = [H2O]4,[H2]4 Kp = (P_H2O)4,(P_H2)4

  2. Örnek 2Tarihte 273 °C sıcaklıkta gerçekleşen 2SO2(g) + O2(g) çift yönlü ok 2SO3(g) tepkimesinin derişimler türünden denge sabiti Kc = 44,8 olduğuna göre kısmi basınçlar türünden denge sabiti Kp kaçtır? (R = 22,4273 L·atm/mol·K)

    Cevabı göster

    Önce sıcaklığı Kelvin'e çevirelim: T = 273 + 273 = 546 K. Buradan R·T = 22,4273 · 546 = 44,8 bulunur. Gaz katsayıları farkı Delta_n = n_ürün(g) - n_giren(g) = 2 - (2 + 1) = -1 dir. Bağıntıda yerine yazılırsa: Kp = Kc · (R·T)-1 = KcR·T = 44,844,8 = 1 bulunur.

  3. Örnek 3Belirli bir sıcaklıkta N2(g) + 3H2(g) çift yönlü ok 2NH3(g) tepkimesinin denge sabiti Kc1 = 16'dır. Aynı sıcaklıkta NH3(g) çift yönlü ok 12N2(g) + 32H2(g) tepkimesinin denge sabiti (Kc2) kaçtır?

    Cevabı göster

    İkinci tepkime, birinci tepkimenin ters çevrilip 12 ile çarpılmış (2'ye bölünmüş) hâlidir. Tepkime ters çevrildiğinde denge sabiti 116 olur; 12 ile çarpıldığında ise karekökü alınır: Kc2 = = 14 = 0,25 bulunur.

  4. Örnek 4Sabit sıcaklıkta 2 litrelik kapalı bir kaba 4 mol H2(g) ve 4 mol I2(g) konularak başlatılan H2(g) + I2(g) çift yönlü ok 2HI(g) tepkimesi dengeye ulaştığında kapta 6 mol HI(g) bulunduğu ölçülüyor. Buna göre tepkimenin Kc değeri kaçtır?

    Cevabı göster

    Denge anında 6 mol HI oluştuğuna göre katsayılardan (1:1:2) dolayı 3 mol H2 ve 3 mol I2 harcanmıştır. Denge mol sayıları: n(H2) = 4 - 3 = 1 mol, n(I2) = 4 - 3 = 1 mol ve n(HI) = 6 mol olur. Hacim V = 2 L olduğundan denge derişimleri: [H2] = 12 M, [I2] = 12 M, [HI] = 62 = 3 M dir. Buradan Kc = [HI]2[H2]·[I2] = 3212 · 12 = 914 = 36 bulunur.

  5. Örnek 5Belirli bir sıcaklıkta X(g) + Y(g) çift yönlü ok 2Z(g) tepkimesinin denge sabiti Kc = 4'tür. 1 litrelik kaba aynı sıcaklıkta 2 mol X, 2 mol Y ve 6 mol Z gazları konuluyor. Sistem dengede midir? Dengede değilse hangi yöne ilerler?

    Cevabı göster

    V = 1 L olduğu için mol sayıları doğrudan molar derişime eşittir. Herhangi bir andaki denge kesri Qc hesaplanırsa: Qc = [Z]2[X]·[Y] = 622 · 2 = 364 = 9 bulunur. Qc = 9 > Kc = 4 olduğu için sistem dengede değildir; Qc değerini küçültüp 4'e eşitlemek için tepkime girenler yönüne (sola) ilerler.

  6. Örnek 6İleri yöndeki hız sabiti k_i = 6·10-2 ve geri yöndeki hız sabiti k_g = 1,5·10-3 olan tek basamaklı bir denge tepkimesinin aynı sıcaklıktaki denge sabiti (Kc) kaçtır?

    Cevabı göster

    Denge sabiti ileri hız sabitinin geri hız sabitine oranına eşittir: Kc = k_ik_g = 6·10-21,5·10-3 = 60·10-31,5·10-3 = 40 bulunur.

Kavram Kartları

1 / 8

Karta dokunarak arka yüzündeki açıklamayı görün; yön tuşlarıyla kartlar arasında geçiş yapın.

Etkinlikler

Soruları çözün; her cevaptan sonra doğru mu yanlış mı olduğunu hemen göreceksiniz.

  1. 1C(k) + H2O(g) çift yönlü ok CO(g) + H2(g) denge tepkimesinin derişimler türünden denge bağıntısı (Kc) aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir?

  2. 2Aşağıda verilen denge tepkimelerinden hangisinde sabit sıcaklıkta kısmi basınçlar türünden denge sabiti (Kp) ile derişimler türünden denge sabiti (Kc) birbirine eşittir (Kp = Kc)?

  3. 3Belirli bir sıcaklıkta gerçekleşen; 1) X(g) + Y(g) <-> Z(g) (Kc1 = 4) 2) Z(g) + Y(g) <-> T(g) (Kc2 = 5) tepkimelerine göre aynı sıcaklıkta X(g) + 2Y(g) <-> T(g) tepkimesinin denge sabiti (Kc) kaçtır?

  4. 4Sabit sıcaklıkta bir denge tepkimesinin herhangi bir t anındaki denge kesri Qc hesaplandığında Qc < Kc olduğu görülüyor. Bu sistemle ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

  5. 5Aşağıdaki ifadeleri Doğru (D) veya Yanlış (Y) olarak değerlendiriniz.

    • Belirli bir denge tepkimesinin denge sabiti (Kc) münhasıran ortamın sıcaklığı değiştiğinde değişir.
    • Heterojen denge tepkimelerinde saf katıların (k) ve saf sıvıların (s) mol sayıları denge bağıntısında paydaya yazılır.
    • Bir denge tepkimesinin denklemi ters çevrilirse yeni tepkimenin denge sabiti çarpmaya göre tersi (1/Kc) olur.
    • Kısmi basınçlar türünden denge bağıntısına (Kp) hem gazlar (g) hem de sulu çözeltiler (suda) yazılır.
    • Herhangi bir anda hesaplanan denge kesri Qc = Kc ise sistem dinamik dengeye ulaşmış demektir.
  6. 6Kimyasal Denge Kavram ve Durumlarını Karşılıklarıyla Eşleştiriniz

    Soldan bir öğeye, sonra sağdaki eşine dokunun.

  7. 7Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerleri uygun kavramlarla tamamlayınız.

    1. Derişimler türünden denge bağıntısında (Kc) yalnızca gazlar ve çözelti fazındaki maddeler yer alır.
    2. Tüm maddelerin aynı fiziksel fazda bulunduğu denge tepkimelerine denge adı verilir.
    3. Bir denge tepkimesinin katsayıları 2 ile çarpılırsa yeni denge sabiti ilk denge sabitinin eşit olur.
    4. Herhangi bir andaki derişimlerin denge bağıntısında yerine konulmasıyla elde edilen değere denge (Qc) denir.
    5. Bir tepkime kabında Qc > Kc ise sistem dengeye ulaşmak için yönüne ilerler.
  8. 8Sabit sıcaklıkta 2 litrelik bir kapta gerçekleşen PCl5(g) çift yönlü ok PCl3(g) + Cl2(g) tepkimesinin Kc değeri 2'dir. Kaba başlangıçta 6 mol PCl5, 4 mol PCl3 ve 4 mol Cl2 gazları konuluyor. a) Qc'yi hesaplayarak tepkimenin hangi yöne ilerleyeceğini belirleyiniz. b) Dengeye ulaşıldığında kapta kaç mol Cl2 gazı bulunacağını BDD tablosuyla hesaplayınız.

Kısaca

  • Kütlelerin Etkisi Yasası'na göre denge sabiti ürün derişimlerinin giren derişimlerine oranıdır ve yalnız sıcaklıkla değişir.
  • Saf katılar (k) ve saf sıvılar (s) derişimleri sabit olduğundan Kc ve Kp bağıntılarında yer almaz; Kc'ye gaz ve sulu çözeltiler, Kp'ye yalnız gazlar yazılır.
  • Gaz fazı dengelerinde kısmi basınçlar denge sabiti (Kp) ile derişimler denge sabiti (Kc) arasındaki fark gaz mol sayısı değişimine bağlıdır.
  • Tepkime ters çevrilirse Kc çarpmaya göre tersine döner, katsayıyla çarpılırsa katsayı üs olur, tepkimeler toplanırsa denge sabitleri çarpılır.
  • Herhangi bir andaki denge kesri Qc = Kc ise sistem dengededir; Qc < Kc ise ürünlere (sağa), Qc > Kc ise girenlere (sola) ilerler.

Bu dersin öteki kaynakları