İçeriğe geç

11. sınıf · Kimya · 16. hafta (4-8 Ocak 2027)

Fiziksel ve Kimyasal Değişimlerde Denge: Denge Sabiti İfadesinin Genel Modeli ve Tepkime Oranı (Q) ile Denge Durumu Tahmini

2. Tema: Çeşitlilik teması · Konu özeti

🃏 Kavram kartlarıEtkinlikler
Bu hafta

Geçen hafta deney verilerinden denge sabiti ifadesini tümevarımla keşfettik ve farklı değişim türleri için ifade yazmayı çalıştık. Bu hafta keşfettiğimiz örüntüyü tek bir genel matematiksel modele dönüştürecek ve bu modelin, tepkimenin hangi basamaklarla gerçekleştiğinden bağımsız olduğunu göreceğiz. Ardından aynı ifadeyi herhangi bir anda hesaplayarak elde edilen tepkime oranını (Q) tanıyacağız. Q ile K'yi karşılaştırarak bir sistemin dengede olup olmadığını ve dengeye hangi yönde ilerleyeceğini tahmin edeceğiz. Son olarak dengeye ilişkin önermeler kuracak, veriye dayalı önermeleri dayanaksız önermelerden ayırmayı öğreneceğiz.

1. Denge Sabiti İfadesinin Genel Matematiksel Modeli

Geçen hafta H₂-I₂-HI deneylerinden, fiziksel değişimlerden ve iyonlu tepkimelerden tek tek örnekler inceledik ve her birinde aynı örüntüyü gördük. Bu hafta yapacağımız iş bu örüntüyü genellemektir: Hangi tür tepkime olursa olsun tek bir matematiksel kural geçerli olmalıdır. Denkleştirilmiş genel bir tepkime aA + bB ⇌ cC + dD için derişimler türünden denge sabiti Kc = [C]ᶜ·[D]ᵈ[A]ᵃ·[B]ᵇ şeklindedir. Sözle ifade edersek: Pay, ürün derişimlerinin katsayı üslü çarpımıdır; payda, giren derişimlerinin katsayı üslü çarpımıdır. Tepkimede üç, dört ya da daha fazla tür bulunması kuralı değiştirmez; yalnızca çarpımdaki terim sayısı artar.

Genellemenin en güçlü yanı, daha önce ayrı bir kural gibi öğrendiğimiz “saf katı ve sıvılar yazılmaz” bilgisini de içine almasıdır. Bir saf katının veya saf sıvının birim hacimdeki madde miktarı, miktarı ne olursa olsun sabit sıcaklıkta değişmez. Bu nedenle modelde bu türlerin etkin derişimi 1 kabul edilir. Bir terimi 1 ile çarpmak ifadeyi değiştirmediği için bu türler ifadede görünmez. Böylece homojen, heterojen, iyonlu ve fiziksel dengeler ayrı kurallar değil, aynı modelin özel durumları hâline gelir. Örneğin 2Hg(s) + O₂(g) ⇌ 2HgO(k) dengesinde hem Hg(s) hem HgO(k) etkin derişimi 1 olan türlerdir; ifade Kc = 1[O₂] olarak kalır.

Model yalnızca derişimlerle sınırlı değildir. Gaz tepkimelerinde derişimlerin yerine kısmi basınçlar konulduğunda aynı yapı Kp ifadesini verir; bu kez yalnız gazlar ifadeye girer. Modelin bir sonucu da denklemin yazılışına duyarlı olmasıdır: Denklem 2 ile çarpılırsa her üs iki katına çıkar ve yeni değer K2 olur; denklem ters çevrilirse pay ile payda yer değiştirir ve değer 1K olur. Bu genel modeli bir de herhangi bir andaki derişimlere uyguladığımızda, bölüm 3'te göreceğimiz tepkime oranı (Q) ortaya çıkar. Yani K ve Q aynı matematiksel kalıbın iki farklı kullanımıdır: K yalnız denge anındaki değeri, Q ise her anın değerini gösterir.

TepkimeFazlarKc İfadesiKp İfadesi
4HCl(g) + O₂(g) ⇌ 2Cl₂(g) + 2H₂O(g)Tümü gaz[Cl₂]²·[H₂O]²[HCl]⁴·[O₂]P(Cl₂)²·P(H₂O)²P(HCl)⁴·P(O₂)
C(k) + H₂O(g) ⇌ CO(g) + H₂(g)C katı, diğerleri gaz[CO]·[H₂][H₂O]P(CO)·P(H₂)P(H₂O)
NH₄Cl(k) ⇌ NH₃(g) + HCl(g)Giren katı, ürünler gaz[NH₃]·[HCl]P(NH₃)·P(HCl)
Fe³⁺(suda) + SCN⁻(suda) ⇌ FeSCN²⁺(suda)Tümü sulu[FeSCN²⁺][Fe³⁺]·[SCN⁻]Yazılmaz (gaz yok)
2Hg(s) + O₂(g) ⇌ 2HgO(k)Sıvı, gaz ve katı1[O₂]1P(O₂)
Denge Sabiti İfadesinin Genel Modeli: Dört Adım1. DenkleştirAtom ve yükdengesini sağla2. Faz filtresi(k) ve (s): etkinderişim = 1, yazılmaz3. YerleştirÜrünler paya,girenler paydaya4. Üs = katsayıHer derişimekatsayısını üs yapaA + bB ⇌ cC + dDKc = [C]ᶜ·[D]ᵈ / ([A]ᵃ·[B]ᵇ)Kp: aynı yapıyalnız gazların kısmi basınçlarıQc / Qp: aynı ifadeherhangi bir andaki değerlerle hesaplanır
🔍 Büyütmek için dokunun

2. Basamaklı Tepkimelerde Toplam Denge İfadesi: Mekanizmadan Bağımsızlık

Birinci temada pek çok tepkimenin tek adımda değil, birbirini izleyen basamaklarla (mekanizma) gerçekleştiğini öğrenmiştik. Örneğin 2NO(g) + O₂(g) ⇌ 2NO₂(g) tepkimesinin iki basamakta yürüdüğü kabul edilir. Birinci basamakta iki NO molekülü birleşerek ara ürün N₂O₂'yi oluşturur: 2NO(g) ⇌ N₂O₂(g). İkinci basamakta bu ara ürün O₂ ile tepkimeye girer: N₂O₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO₂(g). Sistem dengedeyken her basamak da kendi içinde dengededir. Bu nedenle her basamak için genel modeli ayrı ayrı uygulayabiliriz: K₁ = [N₂O₂][NO]² ve K₂ = [NO₂]²[N₂O₂]·[O₂].

İki basamak toplandığında N₂O₂ her iki tarafta da bulunduğu için sadeleşir ve toplam denklem elde edilir. Denge sabitleri ise toplanmaz, çarpılır: K₁·K₂ = [N₂O₂][NO]²·[NO₂]²[N₂O₂]·[O₂] = [NO₂]²[NO]²·[O₂]. Ara ürün derişimi biri payda, biri paydada olduğu için çarpımda kaybolur. Sonuç, doğrudan toplam denklemden yazacağımız ifadenin aynısıdır. Aynı sonuca kinetik yoldan da ulaşılır. Dengede her basamağın ileri ve geri hızı eşittir: k₁·[NO]² = k₋₁·[N₂O₂] eşitliğinden K₁ = k₁k₋₁ bulunur. Buna göre toplam denge sabiti K = k₁·k₂k₋₁·k₋₂ olur. Sayısal bir örnek verelim: Bir sıcaklıkta K₁ = 2 ve K₂ = 50 ise toplam tepkime için K = 2·50 = 100 bulunur (değerler hesap kolaylığı için seçilmiştir).

Bu sonuç genel modelin geçerliliği için çok önemli bir kanıttır. Hız bağıntısındaki üsler mekanizmaya bağlıdır ve deneyle belirlenir; toplam denklemdeki katsayılarla çoğu zaman aynı değildir. Denge ifadesindeki üsler ise tepkime kaç basamakta yürürse yürüsün her zaman toplam denklemin katsayılarıdır. Bunun nedeni, dengenin başlangıç ve son durum arasındaki ilişkiyi anlatan bir durum özelliği olmasıdır. Dağın tepesine hangi patikadan çıkarsanız çıkın yükseklik farkı değişmez; benzer şekilde hangi mekanizma izlenirse izlensin denge ifadesi değişmez. Bu nedenle bir denge sorusunda mekanizma verilmese bile ifadeyi yazabilir, mekanizma verilse bile ara ürünleri ifadeye koymayız.

ÖzellikHız BağıntısıDenge Sabiti İfadesi
Üsler neye göre belirlenir?Deneysel olarak ve mekanizmaya göreToplam denkleştirilmiş denklemin katsayılarına göre
Mekanizma değişirseİfade değişebilirİfade değişmez
Ara ürünlerYavaş basamağa göre ifadede görülebilirHiçbir zaman ifadede yer almaz
Basamaklarla ilişkiEn yavaş basamak hızı belirlerK = K₁·K₂·… (basamak sabitlerinin çarpımı)
Sabitin bağlı olduğu nicelikk: sıcaklık ve katalizörK: yalnız sıcaklık
Basamaklı Tepkime: Ara Ürün Sadeleşir, Genel İfade Değişmez1. basamak: 2NO(g) ⇌ N₂O₂(g)K₁ = [N₂O₂] / [NO]²×2. basamak: N₂O₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO₂(g)K₂ = [NO₂]² / ([N₂O₂]·[O₂])K₁·K₂ = [N₂O₂]/[NO]² × [NO₂]²/([N₂O₂]·[O₂])Ara ürün N₂O₂ payda ve paydada: sadeleşirToplam: 2NO(g) + O₂(g) ⇌ 2NO₂(g) K = [NO₂]² / ([NO]²·[O₂])K = K₁·K₂ ; örnek: K₁ = 2, K₂ = 50 ise K = 100
🔍 Büyütmek için dokunun

3. Tepkime Oranı (Q): Herhangi Bir Andaki Durumun Fotoğrafı

Genel modeli yalnız denge anındaki derişimlerle değil, herhangi bir andaki derişimlerle de hesaplayabiliriz. Bu şekilde elde edilen değere tepkime oranı denir ve Q ile gösterilir. aA + bB ⇌ cC + dD için Qc = [C]ᶜ·[D]ᵈ[A]ᵃ·[B]ᵇ olur; buradaki derişimler o anda ölçülen değerlerdir. K, Q'nun yalnız denge anında aldığı özel değerdir. Örnek olarak H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) tepkimesini ele alalım. Bu tepkime için geçen hafta kullandığımız sıcaklıkta Kc = 64'tür. 1 litrelik kaba 1,0 mol H₂ ve 1,0 mol I₂ konulduğunda başlangıçta HI bulunmadığı için Qc = 0²1,0·1,0 = 0 olur.

Tepkime ilerledikçe HI derişimi artar, H₂ ve I₂ derişimleri azalır; bu yüzden Q da büyür. Yarı yolda [H₂] = [I₂] = 0,5 M ve [HI] = 1,0 M iken Qc = (1,0)²0,5·0,5 = 4 olur. Biraz sonra [H₂] = [I₂] = 0,3 M ve [HI] = 1,4 M iken Qc = 1,960,09 ≈ 21,8 bulunur. Sonunda [H₂] = [I₂] = 0,2 M ve [HI] = 1,6 M olduğunda Qc = 2,560,04 = 64 = Kc olur ve bundan sonra Q değişmez. Aynı kaba bu kez yalnız 2,0 mol HI konulsaydı başlangıçta payda sıfır olacağından Q tanımsız, yani çok büyük olurdu. HI ayrıştıkça Q küçülür ve yine 64'e iner; üstelik denge karışımı da aynı çıkar ([H₂] = [I₂] = 0,2 M, [HI] = 1,6 M). Q hangi taraftan başlarsa başlasın her zaman K'ye doğru hareket eder.

Bu davranış, bir sistemin dengeye hangi yönde ilerleyeceğini tahmin etmemizi sağlar. Q < K ise oranın büyümesi gerekir. Bunun için payda yer alan ürünlerin artması, paydada yer alan girenlerin azalması gerekir; yani tepkime ileri yönde ilerler. Q > K ise oranın küçülmesi gerekir; ürünler azalır, girenler artar ve tepkime geri yönde ilerler. Q = K ise sistem zaten dengededir ve net bir değişim gözlenmez. Q'nun hesaplanması için dengeyi beklemeye gerek yoktur. Bu nedenle Q, “şu anki karışım dengede mi, değilse ne olacak?” sorusuna ölçümle cevap veren bir tahmin aracıdır.

An[H₂] (M)[I₂] (M)[HI] (M)Qc = [HI]² / ([H₂]·[I₂])Q ile K (Kc = 64)
t₀ (başlangıç)1,01,000Q < K: ileri yönde ilerler
t₁0,50,51,01,0 ÷ 0,25 = 4Q < K: ileri yönde ilerler
t₂0,30,31,41,96 ÷ 0,09 ≈ 21,8Q < K: ileri yönde ilerler
t₃0,20,21,62,56 ÷ 0,04 = 64Q = K: denge kuruldu
t₄ (daha sonra)0,20,21,664Q = K: denge sürüyor
Tepkime Oranının Zamanla Değişimi: H₂ + I₂ ⇌ 2HI (Kc = 64)QcZaman064denge anıQ = K = 64Yalnız H₂ + I₂ ile: Q = 0 → 64Yalnız HI ile: Q çok büyük → 64Yön KuralıQ < K → ileri yönürünler artar, girenler azalırQ = K → dengedenet değişim gözlenmezQ > K → geri yöngirenler artar, ürünler azalır
🔍 Büyütmek için dokunun

4. Kısmi Basınçlarla Tepkime Oranı (Qp) ve Heterojen Sistemlerde Tahmin

Gaz karışımlarında ölçüm çoğu zaman manometreyle yapıldığından tepkime oranını kısmi basınçlarla hesaplamak daha pratiktir. Bu durumda Qp, Kp ifadesiyle aynı biçimde yazılır. PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) tepkimesi için belirli bir sıcaklıkta Kp = 1,5 kabul edelim. Kaptaki bir karışımda P(PCl₅) = 0,8 atm, P(PCl₃) = 0,6 atm ve P(Cl₂) = 0,5 atm ölçülmüş olsun. Qp = P(PCl₃)·P(Cl₂)P(PCl₅) = 0,6·0,50,8 = 0,300,8 = 0,375 bulunur. Qp < Kp olduğundan tepkime ileri yönde ilerler: PCl₅ basıncı azalır, PCl₃ ve Cl₂ basınçları artar. Burada önemli bir kural vardır: Qp yalnız Kp ile, Qc yalnız Kc ile karşılaştırılır. Gaz mol sayısı değişen tepkimelerde Kp ile Kc sayısal olarak farklıdır; bu nedenle karışık karşılaştırma yanlış sonuç verir.

Heterojen sistemlerde de aynı yaklaşım kullanılır, ancak bir incelik vardır. CaCO₃(k) ⇌ CaO(k) + CO₂(g) dengesinde katılar ifadeye girmediği için Qp = P(CO₂) olur. Belirli bir sıcaklıkta Kp = 0,25 atm kabul edelim. Kapta hem CaCO₃ hem CaO varken P(CO₂) = 0,10 atm ise Qp < Kp olur. Bu durumda CaCO₃ ayrışır ve CO₂ basıncı 0,25 atm'ye yükselir. P(CO₂) = 0,40 atm ise Qp > Kp olur; CO₂, CaO ile birleşerek CaCO₃ oluşturur ve basınç 0,25 atm'ye düşer. Kaba bir miktar daha CaCO₃ eklemek veya kaptan bir miktar CaO almak Qp değerini değiştirmez. Çünkü katı miktarı Q ifadesinde yer almaz; denge basıncını yalnız sıcaklık belirler.

Bu noktada tahminin geçerlilik sınırını fark etmek gerekir. Q < K karşılaştırması “ileri yön elverişlidir” der; fakat ileri yönün gerçekleşebilmesi için ileri yöndeki girenlerin hepsinin kapta bulunması gerekir, katılar da buna dahildir. Kapta yalnız CaO ve 0,10 atm CO₂ varsa Qp < Kp olduğu hâlde ayrışacak CaCO₃ bulunmadığından ileri tepkime gerçekleşmez. Geri tepkime ise basıncı daha da düşüreceği için bu yönde de net değişim olmaz; sistem dengeye ulaşamaz. Benzer şekilde Qp > Kp iken kaptaki CaO, basınç 0,25 atm'ye inmeden tükenirse tepkime durur ve yine denge kurulmaz. Buradan çıkan sonuç şudur: Heterojen bir dengenin kurulabilmesi için ifadede görünmeyen katı fazların da sistemde bulunması gerekir.

Kaptaki DurumQpKarşılaştırma (Kp = 0,25 atm)Tahmin
CaCO₃ + CaO, P(CO₂) = 0,10 atm0,10Qp < KpCaCO₃ ayrışır, P(CO₂) 0,25 atm'ye çıkar.
CaCO₃ + CaO, P(CO₂) = 0,25 atm0,25Qp = KpSistem dengededir, net değişim yoktur.
CaCO₃ + CaO, P(CO₂) = 0,40 atm0,40Qp > KpCO₂ ile CaO birleşir, P(CO₂) 0,25 atm'ye düşer.
Boş kapta yalnız CaCO₃0Qp < KpCaCO₃ ayrışır, CaO oluşur ve denge kurulur.
Yalnız CaO, P(CO₂) = 0,10 atm0,10Qp < KpAyrışacak CaCO₃ yoktur; tepkime ilerlemez, denge kurulmaz.
CaCO₃(k) ⇌ CaO(k) + CO₂(g): Qp = P(CO₂), Kp = 0,25 atmQp < Kp: ileri yönCaCO₃ ayrışır, P(CO₂) artarQp > Kp: geri yönCO₂ + CaO → CaCO₃, P(CO₂) azalır00,100,40P(CO₂), atm0,25 = DENGEİleri yön için şartKapta CaCO₃(k) bulunmalı;yoksa Q < K olsa daayrışma olmazKatı miktarıQp değerini değiştirmez;denge basıncını yalnızsıcaklık belirlerGeri yön için şartKapta CaO(k) bulunmalı;tükenirse basınç 0,25'einmeden tepkime durur
🔍 Büyütmek için dokunun

5. Ölçüm Verilerinden Denge Durumuna İlişkin Önermeler Oluşturma

Bilimde önerme, doğruluğu sınanabilen bir yargı cümlesidir. “Kap I'deki sistem dengededir” veya “Kap II'de tepkime ileri yönde ilerlemektedir” gibi cümleler, uygun ölçümlerle doğrulanabilir ya da çürütülebilir. Bir sistemin dengeye ulaşıp ulaşmadığına ilişkin önerme kurarken şu sıra izlenir: (1) Ölçümün yapıldığı sıcaklığı ve o sıcaklıktaki K değerini belirle. (2) Derişimleri veya kısmi basınçları ölç. (3) Q'yu hesapla. (4) Q'yu K ile karşılaştır. (5) Mümkünse ölçümü bir süre sonra tekrarlayıp Q'nun değişip değişmediğine bak. (6) Önermeyi, dayandığı veriyle birlikte yaz.

Bu yöntemi CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) tepkimesine uygulayalım. Aynı sıcaklıktaki üç ayrı 1 litrelik kapta ölçüm yapılmış ve bu sıcaklıkta Kc = 4 kabul edilmiştir (değerler hesap kolaylığı için seçilmiştir). Her türün katsayısı 1 olduğundan Qc = [CO₂]·[H₂][CO]·[H₂O] olur. Kap I'de 10. ve 20. dakikalarda [CO] = [H₂O] = 0,50 M ve [CO₂] = [H₂] = 1,00 M ölçülmüştür; Qc = 1,00·1,000,50·0,50 = 4 bulunur. Kap II yalnız 1'er mol CO ve H₂O ile başlatılmıştır. 5. dakikada Qc = 0,40·0,400,60·0,60 ≈ 0,44, 10. dakikada Qc = 1, 20. dakikada Qc = 0,60·0,600,40·0,40 = 2,25 bulunmuştur. Kap III'te ise [CO] = [H₂O] = 0,20 M ve [CO₂] = [H₂] = 0,80 M ölçülmüştür; Qc = 0,640,04 = 16'dır.

Bu verilerden kurulabilecek önermeler şunlardır. Kap I dengededir: İki ayrı ölçümde Q değişmemiştir ve Q = K'dir. Kap II henüz dengede değildir: Q her ölçümde artmıştır ve 20. dakikada bile 2,25 < 4'tür; tepkime ileri yönde sürmektedir. Bu kap için sayısal bir tahmin de yapılabilir: Denge kurulduğunda x mol ürün oluşmuşsa x²(1 − x)² = 4 eşitliğinden x1 − x = 2 ve x = 23 bulunur. Buna göre [CO₂] = [H₂] ≈ 0,67 M, [CO] = [H₂O] ≈ 0,33 M olmalıdır. Kap III'te tepkime geri yönde ilerler: Q = 16 > 4 olduğundan CO ve H₂O artacak, CO₂ ve H₂ azalacaktır. Bu önermelerin her biri yeni bir ölçümle sınanabilir; iyi bir bilimsel önermenin en önemli özelliği de budur.

Kap ve Ölçüm Anı[CO] = [H₂O] (M)[CO₂] = [H₂] (M)QcQ ile K (Kc = 4)Önerme
Kap I, 10. dk0,501,004Q = KSistem dengededir.
Kap I, 20. dk0,501,004Q = KDenge sürüyor; ilk önerme doğrulandı.
Kap II, 5. dk0,600,40≈ 0,44Q < Kİleri yönde ilerliyor.
Kap II, 10. dk0,500,501Q < Kİleri yönde ilerliyor.
Kap II, 20. dk0,400,602,25Q < KHenüz dengede değil; dengede ürünler ≈ 0,67 M olacak.
Kap III, 10. dk0,200,8016Q > KGeri yönde ilerliyor; CO ve H₂O artacak.
Ölçüm Verisinden Önermeye: Q Hesapla, K ile KarşılaştırCO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g), Kc = 4 (bu sıcaklıkta kabul), 1 L kaplarKap / an[CO] = [H₂O][CO₂] = [H₂]QcQ ile KÖnermeI, 10. dk0,501,004Q = KDengedeI, 20. dk0,501,004Q = KDenge doğrulandıII, 5. dk0,600,400,44Q < Kİleri yöndeII, 10. dk0,500,501Q < Kİleri yöndeII, 20. dk0,400,602,25Q < KHenüz dengede değilIII, 10. dk0,200,8016Q > KGeri yönde
🔍 Büyütmek için dokunun

6. Veriye Dayalı ve Dayalı Olmayan Önermelerin Karşılaştırılması

Bir tepkimenin dengede olup olmadığına ilişkin her önerme aynı güçte değildir. Veriye dayalı önerme, ölçüm, gözlem ve hesaplamaya dayanır; hangi veriden çıkarıldığı açıkça gösterilebilir ve yeni verilerle sınanabilir. Veriye dayalı olmayan önerme ise sezgiye, görünüşe, geçen süreye ya da kişisel kanaate dayanır. “Kap bütün gece beklediği için kesinlikle dengededir” cümlesi bu türdendir: Tepkimenin hızı bilinmeden geçen süre tek başına bir kanıt sayılmaz. “Ürünler daha kararlı olduğu için tepkime hep ileri gider” cümlesi de K veya Q verisine dayanmadığı için dayanaksızdır.

Veriye dayanan bir önerme bile verinin yanlış yorumlanması nedeniyle hatalı olabilir. Bunun en öğretici örneği hidrojen-oksijen karışımıdır. Kapalı bir kaptaki H₂ ve O₂ karışımı oda sıcaklığında çok uzun süre bekletilse de derişimler ölçülebilir biçimde değişmez. “Derişimler değişmiyor, demek ki sistem dengede” önermesi ilk bakışta veriye dayalı görünür. Oysa 2H₂(g) + O₂(g) ⇌ 2H₂O(g) tepkimesinin oda sıcaklığındaki K değeri son derece büyüktür; kapta neredeyse hiç su buharı olmadığı için Q ≈ 0'dır ve Q, K'den çok küçüktür. Yani ileri yön son derece elverişlidir ama aktifleşme enerjisi yüksek olduğu için tepkime çok yavaştır. Karışıma kıvılcım verildiğinde tepkimenin patlayarak gerçekleşmesi de bunu doğrular. Sonuç: Derişimlerin sabit kalması dengenin gerekli bir belirtisidir ama yeterli bir kanıtı değildir.

Bu nedenle önermeleri karşılaştırırken şu ölçütler kullanılır: Önerme ölçülmüş bir veriye dayanıyor mu? Ölçüm tekrarlanmış mı? Sıcaklık ve o sıcaklığa ait K değeri belirtilmiş mi? Q hesaplanıp K ile karşılaştırılmış mı? Derişimlerin eşitliği veya rengin koyuluğu gibi denge ölçütü olmayan özelliklere mi dayanıyor? En güçlü önerme, tekrarlanan ölçümlerde Q'nun sabit kaldığını ve o sıcaklıktaki K'ye eşit olduğunu gösteren önermedir. Bilim insanları bir önermeyi kabul etmeden önce, onu çürütebilecek veriyi de aramalıdır; tek uyumlu ölçüm yeterli değildir. Geçen hafta tümevarımda gördüğümüz “iki uyumlu veri kanıt değildir” ilkesi burada da geçerlidir.

ÖnermeDayanağıDeğerlendirme
İki ayrı ölçümde Qc = 4 bulundu ve bu sıcaklıkta Kc = 4; sistem dengededir.Tekrarlanan ölçüm ve hesaplamaVeriye dayalı ve güçlü
Kap bütün gece beklediği için kesinlikle dengededir.Geçen süre (hız bilinmiyor)Veriye dayalı değil
Ürün ve giren derişimleri eşit olduğu için sistem dengededir.Denge ölçütü olmayan bir özellikDayanaksız; dengede derişimler eşit değil, sabittir
Kaptaki H₂-O₂ karışımında derişimler değişmiyor; sistem dengededir.Ölçüm var ama yorum eksikHatalı; Q ≪ K, tepkime çok yavaş
Qc = 16 > Kc = 4 olduğundan CO ve H₂O derişimleri artacaktır.Hesaplama ve karşılaştırmaVeriye dayalı; yeni ölçümle sınanabilir
Karışımın rengi bana yeterince koyu göründüğü için denge kurulmuştur.Kişisel izlenimVeriye dayalı değil
Veriye Dayalı ve Dayalı Olmayan ÖnermelerVeriye Dayalı Önerme• Ölçülmüş derişim veya basınç kullanır• Sıcaklık ve o sıcaklığın K değeri bellidir• Q hesaplanır, K ile karşılaştırılır• Ölçüm tekrarlanır• Yeni veriyle sınanabilirÖrnek: İki ölçümde Qc = Kc = 4, denge varVeriye Dayalı Olmayan Önerme• Geçen süreye dayanır (bütün gece bekledi)• Görünüşe dayanır (renk koyu görünüyor)• Yanlış ölçüt kullanır (derişimler eşit)• Kişisel kanaat bildirir• K ve Q verisi içermezÖrnek: Ürünler kararlı, hep ileri giderH₂ + O₂ karışımı oda sıcaklığında değişmez ama dengede değildir: Q ≪ KSabitlik gerekli ama yeterli değil; kesin karar için Q ile K karşılaştırılır
🔍 Büyütmek için dokunun

Örnekler

  1. Örnek 1Genel modeli kullanarak aşağıdaki tepkimelerin Kc ifadelerini yazınız; gaz içerenler için Kp ifadesini de belirtiniz. a) 4HCl(g) + O₂(g) ⇌ 2Cl₂(g) + 2H₂O(g) b) C(k) + CO₂(g) ⇌ 2CO(g) c) NH₄HS(k) ⇌ NH₃(g) + H₂S(g) d) Fe³⁺(suda) + SCN⁻(suda) ⇌ FeSCN²⁺(suda)

    Cevabı göster

    a) Tümü gaz olduğundan hepsi ifadeye girer; üsler katsayılardır: Kc = [Cl₂]²·[H₂O]²[HCl]⁴·[O₂], Kp = P(Cl₂)²·P(H₂O)²P(HCl)⁴·P(O₂). b) C(k) saf katıdır, etkin derişimi 1'dir ve yazılmaz: Kc = [CO]²[CO₂], Kp = P(CO)²P(CO₂). c) Giren katı olduğundan payda 1 kalır: Kc = [NH₃]·[H₂S], Kp = P(NH₃)·P(H₂S). d) Tüm türler sulu olduğundan hepsi yazılır: Kc = [FeSCN²⁺][Fe³⁺]·[SCN⁻]. Gaz bulunmadığı için Kp ifadesi yazılmaz.

  2. Örnek 2H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) tepkimesinin belirli bir sıcaklıkta şu iki basamakla yürüdüğü kabul ediliyor: 1. basamak: I₂(g) ⇌ 2I(g) K₁ = 0,02 2. basamak: H₂(g) + 2I(g) ⇌ 2HI(g) K₂ = 3200 a) Basamakların denge ifadelerini yazınız ve çarpımlarından toplam ifadeyi elde ediniz. b) Toplam tepkimenin denge sabitini hesaplayınız. c) I atomu toplam ifadede neden yer almaz?

    Cevabı göster

    a) K₁ = [I]²[I₂], K₂ = [HI]²[H₂]·[I]². K₁·K₂ = [I]²[I₂]·[HI]²[H₂]·[I]² = [HI]²[H₂]·[I₂]. Bu ifade, toplam denklemden doğrudan yazılan ifadenin aynısıdır. b) K = K₁·K₂ = 0,02·3200 = 64. c) I atomu birinci basamakta oluşup ikinci basamakta harcanan bir ara üründür. [I]² terimi bir kez payda, bir kez paydada bulunduğu için sadeleşir. Denge ifadesi mekanizmaya değil, toplam denkleme bağlıdır.

  3. Örnek 3Belirli bir sıcaklıkta H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) tepkimesi için Kc = 64'tür. 1 litrelik bir kapta bir anda 0,5 mol H₂, 0,5 mol I₂ ve 3,0 mol HI bulunmaktadır. a) Qc değerini hesaplayıp sistemin dengede olup olmadığını belirleyiniz. b) Tepkimenin ilerleme yönünü ve derişimlerin nasıl değişeceğini tahmin ediniz. c) Denge derişimlerini bularak tahmininizi doğrulayınız.

    Cevabı göster

    a) Qc = [HI]²[H₂]·[I₂] = (3,0)²0,5·0,5 = 90,25 = 36. Qc = 36 ≠ Kc = 64 olduğundan sistem dengede değildir. b) Qc < Kc olduğundan tepkime ileri yönde ilerler: HI derişimi artar, H₂ ve I₂ derişimleri azalır. c) x mol H₂ harcansın: [H₂] = [I₂] = 0,5 − x, [HI] = 3,0 + 2x. (3,0 + 2x)²(0,5 − x)² = 64 → 3,0 + 2x0,5 − x = 8 → 3,0 + 2x = 4 − 8x → 10x = 1 → x = 0,1. Denge: [H₂] = [I₂] = 0,4 M, [HI] = 3,2 M. Kontrol: (3,2)²0,4·0,4 = 10,240,16 = 64 ✓. HI 3,0 M'den 3,2 M'ye çıkmıştır; tahmin doğrulanmıştır.

  4. Örnek 4NH₄HS(k) ⇌ NH₃(g) + H₂S(g) tepkimesi için belirli bir sıcaklıkta Kp = 0,12'dir (basınçlar atm cinsinden). a) İçinde katı NH₄HS bulunan bir kapta P(NH₃) = 0,2 atm ve P(H₂S) = 0,3 atm ölçülüyor. Qp'yi hesaplayıp tepkimenin yönünü belirleyiniz. b) Denge kurulduğunda kısmi basınçlar ne olur? c) Kapta hiç katı NH₄HS bulunmasaydı aynı basınçlarla ne olurdu?

    Cevabı göster

    a) Katı ifadeye girmez: Qp = P(NH₃)·P(H₂S) = 0,2·0,3 = 0,06. Qp = 0,06 < Kp = 0,12 olduğundan tepkime ileri yönde ilerler; katı NH₄HS ayrışır ve iki gazın basıncı da artar. b) Her iki gazın basıncı y kadar artsın: (0,2 + y)·(0,3 + y) = 0,12 → y2 + 0,5y + 0,06 = 0,12 → y2 + 0,5y − 0,06 = 0. (y + 0,6)·(y − 0,1) = 0 → y = 0,1 (negatif kök anlamsızdır). Denge: P(NH₃) = 0,3 atm, P(H₂S) = 0,4 atm. Kontrol: 0,3·0,4 = 0,12 ✓. c) Qp yine 0,06 < 0,12 olurdu; ancak ayrışacak katı NH₄HS bulunmadığı için ileri tepkime gerçekleşemezdi. Geri tepkime basınçları daha da düşüreceği için o yönde de net değişim olmazdı. Basınçlar değişmez ve sistem dengeye ulaşamazdı.

  5. Örnek 5Belirli bir sıcaklıkta A(g) ⇌ 2B(g) tepkimesi için Kc = 2'dir. 1 litrelik kaba yalnız 1,0 mol A konuluyor ve farklı anlarda şu derişimler ölçülüyor: 2. dk: [A] = 0,8 M, [B] = 0,4 M 5. dk: [A] = 0,6 M, [B] = 0,8 M 10. dk: [A] = 0,5 M, [B] = 1,0 M 15. dk: [A] = 0,5 M, [B] = 1,0 M a) Her an için Qc'yi hesaplayınız. b) Dengenin hangi zaman aralığında kurulduğuna ilişkin veriye dayalı bir önerme yazınız. c) Bir öğrencinin “5. dakikada B derişimi A derişiminden büyük olduğuna göre sistem o anda dengededir” önermesini değerlendiriniz.

    Cevabı göster

    a) Qc = [B]²[A]. 2. dk: (0,4)²0,8 = 0,160,8 = 0,2. 5. dk: (0,8)²0,6 = 0,640,6 ≈ 1,07. 10. dk: (1,0)²0,5 = 2. 15. dk: (1,0)²0,5 = 2. b) 5. dakikada Qc ≈ 1,07 < 2 olduğundan sistem henüz dengede değildir. 10. dakikada Qc = Kc = 2'dir ve 15. dakikadaki ölçümde de değer değişmemiştir. Buna göre denge 5. ile 10. dakikalar arasında kurulmuştur. Tam denge anı bu verilerle belirlenemez; bunun için daha sık ölçüm gerekir. c) Önerme geçersizdir. Derişimlerin birbirinden büyük ya da küçük olması bir denge ölçütü değildir. 5. dakikada Qc ≈ 1,07 ≠ 2 olduğu için sistem o anda dengede değildir ve ileri yönde ilerlemektedir.

  6. Örnek 6Aynı sıcaklıkta tutulan iki 1 litrelik kapta X(g) + Y(g) ⇌ 2Z(g) tepkimesi inceleniyor. Bu sıcaklıkta Kc = 64'tür. Her iki kapta da 30 dakika boyunca yapılan ölçümlerde derişimler değişmemiştir: Kap 1: [X] = 0,5 M, [Y] = 0,5 M, [Z] = 4,0 M Kap 2: [X] = 1,0 M, [Y] = 0,8 M, [Z] = 2,0 M a) Her kap için Qc'yi hesaplayınız. b) “Derişimler iki kapta da değişmediğine göre iki sistem de dengededir” önermesini değerlendiriniz. c) Kap 2'ye katalizör eklendiğinde Z derişiminin artmaya başladığı gözleniyor. Bu gözlem neyi gösterir?

    Cevabı göster

    a) Qc = [Z]²[X]·[Y]. Kap 1: (4,0)²0,5·0,5 = 160,25 = 64. Kap 2: (2,0)²1,0·0,8 = 40,8 = 5. b) Önerme veriye dayanıyor gibi görünse de yanlış yorumlanmıştır. Aynı sıcaklıkta K tek bir değerdir. Kap 1'de Qc = Kc olduğundan sistem dengededir. Kap 2'de ise Qc = 5 < 64 olduğundan sistem dengede değildir; ileri tepkime elverişlidir ama çok yavaş ilerlemektedir. Derişimlerin değişmemesi dengenin gerekli belirtisidir, yeterli kanıtı değildir. c) Katalizör tepkimeyi hızlandırır ama K'yi değiştirmez. Z'nin artmaya başlaması, Kap 2'deki sabitliğin denge değil, tepkimenin aşırı yavaşlığı olduğunu doğrular. Sistem ileri yönde ilerleyerek Qc = 64 olana kadar değişecektir.

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. 1Belirli bir sıcaklıkta 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) tepkimesi için Kc = 100'dür. 1 litrelik bir kapta bir anda 0,2 mol SO₂, 0,5 mol O₂ ve 1,0 mol SO₃ bulunmaktadır. Bu karışımla ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

  2. 2Bir tepkime aynı sıcaklıkta şu iki basamakla gerçekleşmektedir: A(g) ⇌ B(g) (K₁ = 4) ve B(g) ⇌ 2C(g) (K₂ = 0,5). Toplam tepkime A(g) ⇌ 2C(g) için denge sabiti kaçtır?

  3. 3N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) tepkimesinin gerçekleştiği bir kapta, belirli bir anda Qc > Kc olduğu bulunuyor. Sıcaklık sabit tutulursa sistem dengeye ulaşırken aşağıdakilerden hangisi gözlenir?

  4. 4Kapalı bir kapta gerçekleşen bir denge tepkimesine ilişkin aşağıdaki önermelerden hangisi veriye dayalıdır?

  5. 5Aşağıdaki ifadelerin doğru mu yanlış mı olduğunu belirleyiniz.

    • Tepkime oranı Q, denge sabiti ifadesiyle aynı biçimde yazılır ancak herhangi bir andaki derişimlerle hesaplanır.
    • Q < K ise tepkime geri yönde ilerleyerek dengeye ulaşır.
    • Bir tepkime basamaklarla gerçekleşse de denge sabiti ifadesi toplam denklemin katsayılarına göre yazılır.
    • Kapalı bir kaptaki derişimlerin uzun süre değişmemesi, sistemin dengede olduğunu her zaman kesin olarak kanıtlar.
    • CaCO₃(k) ⇌ CaO(k) + CO₂(g) sisteminde kaba bir miktar daha CaCO₃(k) eklemek Qp değerini değiştirmez.

  6. 6Aşağıdaki kavramları doğru açıklamalarıyla eşleştiriniz.

    Soldan bir öğeye, sonra sağdaki eşine dokunun.

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

    1. Denge sabiti ifadesiyle aynı biçimde yazılıp herhangi bir andaki derişimlerle hesaplanan orana tepkime denir.
    2. Q değeri K değerinden küçükse tepkime yönde ilerler.
    3. Basamaklı tepkimelerde toplam denge sabiti, basamakların denge sabitlerinin eşittir.
    4. Saf katı ve sıvıların etkin derişimi kabul edildiği için bu türler denge ifadesinde görünmez.
    5. Ölçüm, gözlem ve hesaplamayla desteklenen önermelere veriye önerme denir.

  8. 8Belirli bir sıcaklıkta CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) tepkimesi için Kc = 4'tür. 1 litrelik kapalı bir kaba 1,0'er mol CO, H₂O, CO₂ ve H₂ konuluyor. a) Başlangıçtaki Qc değerini hesaplayıp tepkimenin yönünü belirleyiniz. b) Denge derişimlerini bulunuz. c) İki öğrencinin önermelerini değerlendiriniz: Ayşe: “Başlangıçta tüm derişimler eşit olduğu için sistem zaten dengededir.” Mert: “Qc = 1 < Kc = 4 olduğundan CO₂ ve H₂ artacak; dengede [CO₂]/[CO] oranı 2 olacaktır.” d) Bulduğunuz denge derişimleriyle Qc'yi yeniden hesaplayarak sonucu doğrulayınız.

Kısaca

  • Genel model: Denkleştirilmiş her tepkime için K, ürün derişimlerinin katsayı üslü çarpımının giren derişimlerinin katsayı üslü çarpımına oranıdır. Saf katı ve sıvıların etkin derişimi 1 kabul edildiği için bu türler ifadede görünmez.
  • Mekanizmadan bağımsızlık: Basamaklı tepkimelerde basamakların denge sabitleri çarpıldığında ara ürünler sadeleşir. Toplam ifade, doğrudan toplam denklemden yazılan ifadenin aynısıdır ve K = K₁·K₂ olur.
  • Tepkime oranı: Q, denge ifadesiyle aynı biçimde yazılır ama herhangi bir andaki derişim veya kısmi basınçlarla hesaplanır. Q zamanla değişir; K ise sabit sıcaklıkta sabittir.
  • Yön tahmini: Q < K ise tepkime ileri, Q > K ise geri yönde ilerler; Q = K ise sistem dengededir. Karşılaştırma yalnız aynı sıcaklıktaki ve aynı türden (Qc-Kc veya Qp-Kp) değerler arasında yapılır.
  • Heterojen sistemler: Katı miktarı Q'yu değiştirmez. Ancak ileri veya geri yönün gerçekleşebilmesi için ifadede görünmeyen katı fazların da kapta bulunması gerekir.
  • Önerme değerlendirme: Veriye dayalı önerme ölçüm, tekrar ve hesaplamaya dayanır. Derişimlerin değişmemesi gerekli bir belirtidir ama tek başına yeterli değildir; kesin karar Q ile K karşılaştırılarak verilir.

Bu dersin öteki kaynakları