Kimyasal Denge Kimyasal denge ilgili tanmlar ve kavramlar

  • Slides: 31
Download presentation
Kimyasal Denge Kimyasal denge ilgili tanımlar ve kavramlar Tepkimelerin denge ifadeleri Denge sabitlerinin hesaplanması

Kimyasal Denge Kimyasal denge ilgili tanımlar ve kavramlar Tepkimelerin denge ifadeleri Denge sabitlerinin hesaplanması Basınç, mol kesri, mol sayısı ve derişime bağlı denge sabiti Dengeye etki eden faktörler 1

2

2

3

3

4

4

Kimyasal tepkimelerde denge Bir kimyasal tepkimede 1 yönünde olan reaksiyon hızı 2 yönünde olan

Kimyasal tepkimelerde denge Bir kimyasal tepkimede 1 yönünde olan reaksiyon hızı 2 yönünde olan reaksiyon hızına eşit olduğunda denge kurulur. A → B tepkimesinde İleri yöndeki tepkimenin hızı = k 1 [A] B →A Geri yöndeki tepkime hızı = k 2 [B] Kapalı bir ortamda bu hızlar eşit olduğunda denge kurulur. k 1 [A] = k 2 [B] k 1 /k 2 = [B] / [A] k 1 ve k 2 sabit olduğundan ikisinin oranı da sabittir K =[B] / [A] yazılabilir ve K denge sabiti adını alır a. A + b. B ⇄ c. C + d. D genel tepkimesinde denge sabiti, K = [C]c [D]d / [A]a [B]b ile gösterilir. 5

6

6

CO(g) + 2 H 2(g) ⇌ CH 3 OH(g) 10 L lik bir kaba

CO(g) + 2 H 2(g) ⇌ CH 3 OH(g) 10 L lik bir kaba değişik miktarlarda CO, H 2 ve CH 3 OH konularak dengeye gelmesi bekleniyor. Daha sonra dengedeki mol sayıları ve derişimleri ölçülüyor. Her bir deney için tepkimenin denge sabitini hesaplayınız. CO(g) H 2(g) CH 3 OH(g) 1. Deney Başlangıç mol sayısı Dengede mol sayısı Derişim (mol/L) 1 0, 911 0, 0911 1 0, 822 0, 0822 0, 00822 2. Deney Başlangıç mol sayısı Dengede mol sayısı Derişim (mol/L) 0 0, 753 0, 0753 0 1, 506 0, 1506 1 0, 247 0, 0247 3. Deney Başlangıç mol sayısı Dengede mol sayısı Derişim (mol/L) 1 1, 380 0, 138 1 1, 760 0, 176 1 0, 620 0, 062 7

Denge sabiti hesaplama CO (g) + 2 H 2(g) ⇌ CH 3 OH(g) Her

Denge sabiti hesaplama CO (g) + 2 H 2(g) ⇌ CH 3 OH(g) Her bir deney için tepkimesinin denge sabitini 8

Denge sabiti eşitliği ile ilgili kurallar � Denge sabiti ifadesi ürünlerin derişimleri / girenlerin

Denge sabiti eşitliği ile ilgili kurallar � Denge sabiti ifadesi ürünlerin derişimleri / girenlerin derişimleri şeklinde yazılır � Tepkimedeki katsayılar üs olarak yazılır � Katı ve sıvı fazdaki maddeler denge eşitliğinde yer almazlar � K denge sabiti belli sıcaklık için geçerlidir � Tepkime ters yönde yazılırsa denge sabiti K’ = 1/ K olur � Tepkime belli bir katsayı ile çarpılırsa bu say K’ ya üs olarak yansır � Denge sabitinin büyüklüğü tepkime verimini gösterir � Denge sabiti (K) değişik derişim birimleri ile ifade edilebilir. Bunlar arsında belli bir eşitlik vardır. 9

Katı ve sıvı fazlar denge eşitliğinde yer almaz 10

Katı ve sıvı fazlar denge eşitliğinde yer almaz 10

Tepkime katsayıları değişirse bu denge sabitine üs olarak yansır Denge tepkimesinde tepkime bir katsayı

Tepkime katsayıları değişirse bu denge sabitine üs olarak yansır Denge tepkimesinde tepkime bir katsayı ile çarpılırsa bu değer denge sabitine üs olarak yansır. PCl 5(g) ⇌ PCl 3(g) + Cl 2 K 1 2 PCl 5(g) ⇌ 2 PCl 3(g) + 2 Cl 2 K 2 = K 12 3 PCl 5(g) ⇌ K 3 = K 13 3 PCl 3(g) + 3 Cl 2 11

Tepkime ters yönde yazılırsa denge sabiti K’ = 1/ K olur Denge tepkimesi ters

Tepkime ters yönde yazılırsa denge sabiti K’ = 1/ K olur Denge tepkimesi ters yazılırsa yeni tepkimenin denge sabiti 1/ K olur. PCl 5(g) ⇌ PCl 3(g) + Cl 2 ⇌ Cl 2 PCl 5(g) K 1 K 2 = 1 / K 1 12

Bir tepkimenin denge sabiti değişik birimlerle (derişim, kısmi basınç, mol kesri, mol sayısı) ifade

Bir tepkimenin denge sabiti değişik birimlerle (derişim, kısmi basınç, mol kesri, mol sayısı) ifade edilebilir 13

Kc , Kp , Kn ve Kx arasındaki ilişki 14

Kc , Kp , Kn ve Kx arasındaki ilişki 14

Bir tepkimenin denge sabiti herhangi bir derişim türünde biliniyorsa diğeri cinsinden bulunabilir 15

Bir tepkimenin denge sabiti herhangi bir derişim türünde biliniyorsa diğeri cinsinden bulunabilir 15

Örnek 40 OC de 1 atm basınçta N 2 O 4(g) ⇌ 2 NO

Örnek 40 OC de 1 atm basınçta N 2 O 4(g) ⇌ 2 NO 2(g) tepkimesine göre denge kurulduğunda NO 2 nin mol kesri 0, 6 olarak ölçülmüştür. Buna göre Kx, Kc, Kp ve Kn’ yi hesaplayınız. Her bir deney için tepkimesinin denge sabitini 16

Örnek N 2(g) + 3 H 2(g) ⇌ 2 NH 3(g) tepkimesinde 700 OC

Örnek N 2(g) + 3 H 2(g) ⇌ 2 NH 3(g) tepkimesinde 700 OC de Kp = 4, 7 10 -7 olduğuna göre Kc nedir? 17

Örnek: 25 OC de 0, 11 mol PCl 5(g) 1 litrelik kaba konuluyor. Denge

Örnek: 25 OC de 0, 11 mol PCl 5(g) 1 litrelik kaba konuluyor. Denge kurulduktan sonra PCl 3 (g) derişimi 0, 05 mol/L olarak bulunuyor. Dengedeki diğer türlerin derişimi nedir? Denge sabiti K= ? Denge tepkimesi PCl 5(g) ⇌ Başlangıç Denge 0, 11 -0, 05 PCl 3(g) + 0, 05 Cl 2 0, 05 18

Örnek: 24 OC de kapalı bir kaba (boş) NH 4 HS (k) konuluyor. Denge

Örnek: 24 OC de kapalı bir kaba (boş) NH 4 HS (k) konuluyor. Denge kurulduktan toplam basınç 0, 614 atm olarak bulunuyor. Denge sabiti Kp = ? Denge tepkimesi NH 4 HS (k) ⇌ NH 3(g) + H 2 S(g) 19

Bir tepkimenin denge sabitinin büyüklüğü tepkime verimini gösterir Tepkime türlerinin sayısı ve katsayısı eşit

Bir tepkimenin denge sabitinin büyüklüğü tepkime verimini gösterir Tepkime türlerinin sayısı ve katsayısı eşit ise, K > 1 ise denge 1 yönüne K< 1 ise denge 2 yönüne kayar 20

Soru : Aşağıdaki tepkimenin denge sabiti ve türlerin derişimi verilmektedir. Buna göre H 2

Soru : Aşağıdaki tepkimenin denge sabiti ve türlerin derişimi verilmektedir. Buna göre H 2 derişimi nedir? 21

Soru : Aşağıdaki tepkimelerde denge sabiti K dedir? 22

Soru : Aşağıdaki tepkimelerde denge sabiti K dedir? 22

Dengeye Etki Eden Faktörler: Le Châtellier İlkesi Denge konumunda bulunan bir sisteme herhangi bir

Dengeye Etki Eden Faktörler: Le Châtellier İlkesi Denge konumunda bulunan bir sisteme herhangi bir dış etki yapıldığında sistem bu etkiyi azaltacak yönde tepki gösterir ve yeni bir denge oluşturur. Yani, dengedeki bir kimyasal tepkimenin sıcaklığını, basıncını, ya da dengedeki madde türlerinden birinin ya da bir kaçının derişimini değiştirdiğimizde, denge bozulur ve öncekinden farklı yeni bir denge kurulur.

24

24

2. BASINÇ VE HACMİN DENGEYE ETKİSİ Basıncın artması hacmin azalması demektir. Basınç artarsa reaksiyon

2. BASINÇ VE HACMİN DENGEYE ETKİSİ Basıncın artması hacmin azalması demektir. Basınç artarsa reaksiyon mol sayısı fazla olan taraftan az olan tarafa kayar. Mol sayısı eşit olan reaksiyonlarda basınç - hacim değişiminin dengeye etkisi olmaz. 25

Örnek Tepkime ekzoterm (ısı veren) olduğu için sıcaklık atarsa tepkime 2 yönüne sıcaklık azaltılırsa

Örnek Tepkime ekzoterm (ısı veren) olduğu için sıcaklık atarsa tepkime 2 yönüne sıcaklık azaltılırsa 1 yönüne gider 26

Dengeye etki eden faktörler Tepkimeye giren ve oluşan maddelerin derişimi Sıcaklığının artırılması denge konumunu

Dengeye etki eden faktörler Tepkimeye giren ve oluşan maddelerin derişimi Sıcaklığının artırılması denge konumunu endotermik tepkime yönüne kaydırır. � Sıcaklığın azaltılması ise denge konumunu ekzotermik tepkime yönüne kaydırır. Katalizör tepkime mekanizmasını değiştirir ve tepkimenin daha düşük eşik enerjili bir mekanizma üzerinden yürümesini sağlar. � Katalizör denge sabitinin değerine etki etmez, yani denge koşullarını değiştirmez, ancak dengenin daha çabuk veya daha geç oluşmasını sağlayabilir. � Katalizörler denge sabitinin sayısal değerini değiştirmez. 27

Örnekler � Hacmi sabit bir kapta N 2, H 2 ve NH 3 gazları

Örnekler � Hacmi sabit bir kapta N 2, H 2 ve NH 3 gazları dengededir. Ortama bir miktar daha H 2 eklenirse denge nasıl değişir. � N 2 (g) + 3 H 2 (g) ⇄ 2 NH 3 (g) � H 2 nin artması denge konumunu “sağa” kaydırır. Ancak bu tepkimede ilave edilen H 2 nin bir kısmı harcanır. Denge tekrar kurulduğunda, başlangıçtakinden daha fazla H 2 olacaktır. NH 3 miktarı da artacak, ancak N 2 miktarı azalacaktır. Denge karışımında var olan N 2 un bir kısmı, ilave edilen H 2 nin bir kısmının NH 3 a dönüşmesi sırasında harcanacaktır. � 2 CO(g) + O 2(g) ⇄ 2 CO 2 (g) dengede ortama O 2(g) ilavesi dengeyi ne şekilde etkiler? O 2(g) ilavesi tepkimeyi sağa yönlendirir. � Ca. CO 3(k) ⇄ Ca. O (k) + CO 2(g) dengede ortama Ca. O, Ca. CO 3(k), CO 2(g) ilavesi dengeyi ne şekilde etkiler? � Ca. O(k) ve Ca. CO 3(k) ilavesi dengeyi değiştirmez, ancak CO 2(g) ilavesi tepkimeyi sola yönlendirir. 28

Örnek SO 2(g), O 2(g) ve SO 3(g) içeren denge, sülfirik asit üretiminde önemlidir.

Örnek SO 2(g), O 2(g) ve SO 3(g) içeren denge, sülfirik asit üretiminde önemlidir. 900 K de 0, 02 mol SO 3 örneği, 1, 52 L lik havası boşaltılmış bir kaba konduğunda, dengede 0, 0142 mol SO 3 olduğu bulunmuştur. Kc değeri nedir? 2 SO 3 (g) � baş. miktarları 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 0, 02 mol 0, 00 mol değişim -0, 0058 mol +0, 0029 mol denge mik. 0, 0142 mol 0, 0058 mol 0, 0029 mol denge der. � ⇄ 0, 0142 mol/1, 52 L 0, 0058 mol/1, 52 L [SO 3]=9, 34 x 10 -3 [SO 2]=3, 8 x 10 -3 0, 00 mol 0, 0029 mol/1, 52 L [O 2]=1, 9 x 10 -3 � Kc = [SO 2]2[O 2] / [SO 3]2 = (0, 0038)2 (0, 0019) / (0, 00934)2 = 3, 1 x 10 -4 � Kp = Kc(RT) ∆n =3, 1 x 10 -4(0, 0821 x 900) (2+1)-2 = 2, 3 x 10 -2 29

Örnek 0, 0240 mol bir N 2 O 4 (g) örneği 0, 372 L

Örnek 0, 0240 mol bir N 2 O 4 (g) örneği 0, 372 L lik bir balonda, standart şartlarda dengeye getirilmiştir. N 2 O 4 (g) ⇄ 2 NO 2 (g) Kc = 4, 61 x 10 -3 (25 OC de) Dengedeki N 2 O 4 (g) miktarını ve N 2 O 4 ün ayrışma yüzdesini hesaplayınız. Çözüm: x = ayrışan N 2 O 4 mol sayısı olsun. N 2 O 4 (g) baş. miktarları ⇄ 2 NO 2 (g) 0, 0240 mol 0, 00 mol -x mol + 2 x mol denge mik. (0, 0240 -x) mol 2 x mol denge der. [N 2 O 4] = (0, 0240 -x)/0, 372 değişim [NO 2]= 2 x /0, 372 Kc== 4, 6110 -3= [NO 2]2/[N 2 O 4]= (2 x / 0, 372)2 / (0, 0240 -x/0, 372)=4 x 2 / 0, 372 (0, 0240 -x) 4 x 2 = 4, 1210 -5 - (1, 7110 -3) x x 2 + (4, 28 x 10 -4) x - 1, 0310 -5= 0 x = 0, 003 mol N 2 O 4 Dengedeki N 2 O 4 miktarı (0, 0240 -x) = 0, 024 -0, 003 = 0, 0210 mol N 2 O 4 b) N 2 O 4 ayrışma yüzdesi %ayrışma= 0, 003 x 100/0, 024 = 12, 5 30

Örnek Diazot tetraoksit, N 2 O 4(s), roket yakıtlarının önemli bir bileşenidir. Örneğin, Titan

Örnek Diazot tetraoksit, N 2 O 4(s), roket yakıtlarının önemli bir bileşenidir. Örneğin, Titan roketinde sıvı hidrazini yükseltgeyici olarak kullanılır. SŞ. ta renksiz bir gaz olan N 2 O 4, kısmen ayrışarak, kızıl kahverengi bir gaz olan NO 2 yi verir. Bu iki gazın denge karışımının rengi, bunların bağıl oranlarına bağlıdır. N 2 O 4 (g) ⇄ 2 NO 2 (g) dengesi kurulduğunda, 3 L kapda 7, 64 g N 2 O 4 ve 1, 56 g NO 2 bulunduğu görülmüştür. tepkimenin Kc değeri nedir? [N 2 O 4] = (7, 64 g /92, 01 g/mol) / 3 L= 0, 0277 M [NO 2] = (1, 56 g / 46, 01 g/mol) / 3 L=0, 0113 M Kc = [NO 2]2/ [N 2 O 4] = (0, 0113)2 / 0, 0277 = 4, 61 x 10 -3 31