Kimyasal denge
Kimyasal denge, ileri ve geri tepkime hızlarının eşit olduğu ve makroskopik bileşimin zamanla değişmediği dinamik bir durumdur. Denge, derişimlerin eşit olması ya da tepkimelerin durması anlamına gelmez. Denge sabiti K, belirli bir sıcaklıktaki termodinamik bileşim eğilimini ifade eder.
Görsel model
Etkileşimli model
Denge dinamiktir
Kapalı bir sistemde tersinir tepkime, giren ve ürün derişimlerinin sabit göründüğü bir duruma ulaşabilir. Moleküler düzeyde iki yönlü olaylar sürer; eşit olan madde miktarları değil, ileri ve geri hızlardır.
İzotopik işaretleme gibi deneyler, toplam derişimler değişmese bile moleküllerin iki yön arasında sürekli değişebildiğini gösterebilir. Bu yüzden dengeyi 'donmuş karışım' olarak düşünmek yanlıştır.
Denge sabiti
aA + bB ⇌ cC + dD için basit derişim yaklaşımında K_c = [C]^c[D]^d / ([A]^a[B]^b) yazılır. Saf katılar ve saf sıvılar genellikle ifadeye alınmaz; standarda göre etkinlikleri sabit kabul edilir.
K büyükse ürünler denge bileşiminde güçlü biçimde tercih edilir, K küçükse girenler tercih edilir. Ancak K tepkimenin hızını söylemez. Çok yavaş bir tepkimenin K değeri çok büyük olabilir.
Q, değişimin yönünü belirler
Tepkime bölümü Q, K ile aynı cebirsel biçimde fakat o andaki bileşimden hesaplanır. Q < K ise sistem net olarak ürünlere, Q > K ise girenlere doğru ilerler; Q = K denge durumudur.
Bu karşılaştırma, derişim değişikliklerini yalnızca ezberlenmiş Le Châtelier cümleleriyle yorumlamaktan daha nettir; çünkü değişikliğin kütle-etki oranını nasıl değiştirdiğini doğrudan gösterir.
Le Châtelier ve sıcaklık
Giren eklemek veya ürünü uzaklaştırmak Q'yu değiştirir ve sistem yeni dengeye ilerler. Gaz tepkimelerinde hacim değişikliği, Q ifadesindeki kısmi basınçları değiştirerek dengeyi etkileyebilir; yön tepkimenin stokiyometrisine bağlıdır.
Sıcaklık özeldir çünkü K'nın değerini değiştirebilir. Ekzotermik bir tepkimeyi ısıtmak genellikle geri yönü, endotermik bir tepkimeyi ısıtmak ise ileri yönü destekler. Tam nicel ilişki termodinamikten gelir.
Katalizör denge konumunu değiştirmez
Katalizör hem ileri hem geri yol için daha düşük aktivasyon engelli bir mekanizma sağlayabilir ve dengenin daha hızlı kurulmasını sağlar. Aynı sıcaklıkta K değerini ve nihai denge bileşimini değiştirmez.
Bu ayrım kinetik ile termodinamiği birbirinden ayırır. K 'denge nerede?' sorusuna; hız sabitleri ve aktivasyon enerjileri 'oraya ne kadar hızlı ulaşılır?' sorusuna cevap verir.
Alıştırmalar
Q ve K
Q = 0,10 ve K = 5,0 ise net değişim hangi yöndedir?
Çözüm: Q < K; sistem ürünlere doğru ilerler.
Katalizör
Katalizör eklemek K değerini değiştirir mi?
Çözüm: Hayır. Aynı sıcaklıkta yalnızca dengeye ulaşma hızını değiştirir.
Saf katı
Saf katılar neden çoğu K_c ifadesine yazılmaz?
Çözüm: Saf fazın etkinliği standarda göre sabittir ve K'nın içine gömülür.