Kimyasal Denge, Asit-Baz ve Çözünürlük Dengesi: Dengeyi Etkileyen Faktörler

1. Tersinir tepkimeler ve denge süreci

Hem ileri hem geri yönde gerçekleşebilen tepkimelere tersinir tepkime denir (⇌ ile gösterilir). Kapalı kapta tersinir bir tepkime başladığında ileri tepkime hızı zamanla azalır, geri tepkime hızı artar. Hızlar eşitlendiğinde denge kurulur. Örnek gözlem: renk, basınç ya da derişim değişimi bir süre sonra sabitlenir.

• Denge dinamiktir: tepkime durmaz, ileri hız = geri hız.
• Dengede makroskobik özellikler (renk, derişim, basınç) sabittir.
• Denge kapalı sistemde kurulur; sabit sıcaklıkta aynı dengeye ileri ya da geri yönden ulaşılabilir.
• Dengeye varış: başlangıçta ürün yoksa Q = 0'dır ve tepkime ileri yönde ilerler.

2. Denge sabiti (Kc) ve dengeye ulaşıp ulaşmadığının tahmini

aA + bB ⇌ cC + dD → Kc = [C]^c · [D]^d / ([A]^a · [B]^b)

• Katılar ve saf sıvılar denge ifadesine yazılmaz; sulu çözeltide çözücü (H₂O) de yazılmaz.
• Kc yalnızca sıcaklığa bağlıdır; derişim, hacim, basınç ve katalizör Kc'yi değiştirmez.
• Ters tepkimenin K'si 1/K; tepkime katsayıları n ile çarpılırsa K^n; tepkimeler toplanırsa K'ler çarpılır.
• Kc > 1 ise ürünler, Kc < 1 ise girenler ağırlıklıdır.
• Kısmi basınçlarla yazılan sabit Kp'dir (yalnız gazlar).

Derişim oranı (Q), Kc ile aynı biçimde fakat anlık derişimlerle yazılır. Q = Kc ise sistem dengededir; Q < Kc ise ileri yönde, Q > Kc ise geri yönde ilerler.

Örnek: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ için bir anda [N₂]=1, [H₂]=1, [NH₃]=2 M ve Kc=2 olsun. Q = 2²/(1·1³) = 4. Q > Kc olduğundan sistem dengede değildir ve tepkime geri yönde ilerler.

3. Dengeye etki eden faktörler (Le Chatelier ilkesi)

Dengedeki bir sisteme dışarıdan etki yapılırsa sistem bu etkiyi azaltacak yönde kayarak yeni denge kurar.

• Gaz mol sayıları eşitse hacim ya da basınç değişimi dengeyi kaydırmaz.
• Katı ve sıvı madde miktarı değişimi dengeyi kaydırmaz.
• Katalizör ileri ve geri tepkime hızını eşit oranda artırır.
• Sıcaklık artınca ekzotermik tepkimenin Kc'si azalır, endotermik tepkimenin Kc'si artar.

Örnek: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ + ısı. Hacim küçülürse gaz mol sayısı az olan yöne (4 mol → 2 mol, ileri) kayar, NH₃ artar. Sıcaklık artırılırsa endotermik yöne (geri) kayar, NH₃ azalır ve Kc küçülür. Sık hata: katalizörün verimi artırdığını sanmak; verim değişmez.

4. Suyun otoiyonizasyonu, asit-baz teorileri ve kuvvet

Saf su çok az iyonlaşır: 2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻. Bu olaya otoiyonizasyon denir. Elektrik iletkenliğinin çok düşük ama sıfırdan farklı olması bunu gösterir.

Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1·10⁻¹⁴ (25 °C); pH = –log[H⁺]; pOH = –log[OH⁻]; pH + pOH = 14

• Arrhenius yalnız sulu çözeltiyi açıklar; Brønsted-Lowry ve Lewis daha geniştir (NH₃ Arrhenius bazı olmasa da Brønsted-Lowry bazıdır).
• Brønsted-Lowry'de asidin proton vermesiyle eşlenik baz, bazın proton almasıyla eşlenik asit oluşur.
• Kuvvetli asit/baz suda tamamen iyonlaşır (HCl, HNO₃, H₂SO₄, NaOH, KOH...). Zayıf olanlar kısmen iyonlaşır (CH₃COOH, NH₃...).
• Zayıf asit için Ka, zayıf baz için Kb: sabit büyüdükçe kuvvet artar. Aynı derişimde asit kuvveti arttıkça pH azalır.