Kimyasal Denge ve Çözünürlük

Kimyasal Denge

• Dinamik denge: Tersinir bir tepkimede ileri ve geri tepkime hızlarının eşitlendiği, makroskobik özelliklerin (derişim, renk, basınç) sabit kaldığı durum. Denge kapalı sistemde kurulur; tepkime durmaz, iki yönde eşit hızla devam eder.
• Denge sabiti: aA + bB ⇌ cC + dD için K_c = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ). Katılar ve saf sıvılar ifadeye yazılmaz. Gaz tepkimeleri için K_p = K_c(RT)^Δn (Δn: gaz ürünlerin mol sayısı − girenlerin).
• K yalnız sıcaklığa bağlıdır. K büyükse (≫1) denge ürünler lehine, küçükse girenler lehinedir.
• Denge sabitinin özellikleri: Tepkime ters çevrilirse K' = 1/K; katsayılar n ile çarpılırsa K' = Kⁿ; tepkimeler toplanırsa K'ler çarpılır.
• Tepkime oranı (Q): Q < K ise tepkime ileri (ürünler yönüne), Q > K ise geri yöne ilerler; Q = K ise sistem dengededir.

Le Chatelier İlkesi

Dengedeki bir sisteme dış etki yapılırsa sistem bu etkiyi azaltacak yönde kayar.

• Derişim: Bir maddenin derişimi artırılırsa denge o maddeyi harcayacak yöne kayar.
• Basınç/hacim: Hacim azaltılırsa (basınç artarsa) denge gaz mol sayısının az olduğu yöne kayar; gaz mol sayıları eşitse etkilenmez. Soy gaz eklenmesi sabit hacimde dengeyi etkilemez.
• Sıcaklık: Sıcaklık artırılırsa denge endotermik yöne kayar; ekzotermik tepkimelerde K azalır, endotermik tepkimelerde K artar. K'yi değiştiren tek etken sıcaklıktır.
• Katalizör: Dengeyi kaydırmaz, K'yi değiştirmez; dengeye ulaşma süresini kısaltır.
• Haber-Bosch yöntemi: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (ekzotermik); yüksek basınç, uygun sıcaklık (~450 °C) ve demir katalizörüyle amonyak üretimi.
• Gibbs serbest enerjisi ile ilişki: ΔG° = −RT ln K. ΔG° < 0 ise K > 1.

Çözünürlük Dengesi

• Az çözünen iyonik katının doygun çözeltisinde katı ile iyonları arasında denge kurulur: AₓBᵧ(k) ⇌ xAʸ⁺ + yBˣ⁻.
• Çözünürlük çarpımı: K_çç = [Aʸ⁺]ˣ[Bˣ⁻]ʸ. Çözünürlük s (mol/L) ile ilişkisi: AB tipi için K_çç = s²; AB₂ tipi (ör. CaF₂) için K_çç = 4s³; A₂B₃ tipi için 108s⁵.
• Çökelme şartı: İyon çarpımı (Q) > K_çç ise çökelme olur; Q = K_çç doygun; Q < K_çç doymamış.
• Ortak iyon etkisi: Çözeltide ortak iyon bulunması çözünürlüğü azaltır (AgCl'nin NaCl çözeltisindeki çözünürlüğü saf sudakinden azdır). K_çç değişmez.
• Çözünürlüğü etkileyen diğer faktörler: Sıcaklık (çoğu katının çözünürlüğü sıcaklıkla artar; gazlarınki azalır), pH (bazik anyonlu tuzlar asidik ortamda daha çok çözünür), kompleks oluşumu (AgCl amonyakta çözünür), yabancı iyon (tuz) etkisi.
• Seçimli (ayırmalı) çöktürme: K_çç değerleri farklı iyonların, çöktürücü eklenerek sırayla ayrılması (önce K_çç'si küçük olan çöker, aynı tip tuzlar için).

Gazların Sudaki Çözünürlüğü

Henry yasası: Gazın sıvıdaki çözünürlüğü, sıvı üzerindeki kısmi basıncıyla doğru orantılıdır: C = k·P. Gazlı içecekler açılınca basınç düşer, CO₂ çözünürlüğü azalır. Sıcaklık artınca gazların sudaki çözünürlüğü azalır (sıcak suda balıkların oksijen sıkıntısı).