Kapalı bir kapta $2SO_{2(g)} + O_{2(g)} \rightleftharpoons 2SO_{3(g)}$ tepkimesi denge durumundayken kaba bir miktar $SO_2$ gazı eklenirse,
aşağıdakilerden hangisi gerçekleşir?
A) Denge bozulmaz
B) Sadece geri tepkime hızı artar
C) Sadece ileri tepkime hızı artar
D) Denge yeniden kuruluncaya kadar ileri tepkime hızı artar
Denge tepkimelerinde dışarıdan bir etki yapıldığında sistem, bu etkiyi azaltacak yönde hareket ederek yeni bir denge kurmaya çalışır. Bu ilkeye Le Chatelier İlkesi denir. Şimdi soruyu adım adım inceleyelim:
- 1. Başlangıç Durumu: Tepkime başlangıçta denge durumundadır. Bu, ileri tepkime hızının ($r_i$) geri tepkime hızına ($r_g$) eşit olduğu anlamına gelir ($r_i = r_g$).
- 2. Yapılan Etki: Kaba bir miktar $SO_2$ gazı ekleniyor. $SO_2$ gazı, $2SO_{2(g)} + O_{2(g)} \rightleftharpoons 2SO_{3(g)}$ tepkimesinin girenler (reaktifler) kısmında yer almaktadır.
- 3. İleri Tepkime Hızına Etkisi: İleri tepkime hızı, giren maddelerin derişimlerine bağlıdır. İleri tepkime için hız denklemi $r_i = k_i [SO_2]^2 [O_2]$ şeklinde ifade edilebilir. Kaba $SO_2$ eklendiğinde, $SO_2$'nin derişimi aniden artar. Bu durum, ileri tepkime hızının ($r_i$) anında artmasına neden olur.
- 4. Geri Tepkime Hızına Etkisi: Geri tepkime hızı, ürün maddelerin derişimine bağlıdır. Geri tepkime için hız denklemi $r_g = k_g [SO_3]^2$ şeklinde ifade edilebilir. $SO_2$ eklenmesi anında $SO_3$ derişimini değiştirmez. Dolayısıyla, geri tepkime hızı ($r_g$) başlangıçta değişmez.
- 5. Denge Bozulması ve Yönü: $SO_2$ eklenmesiyle ileri tepkime hızı aniden artarken, geri tepkime hızı başlangıçta aynı kalır. Bu durumda $r_i > r_g$ olur. Sistem, bu dengesizliği gidermek ve eklenen $SO_2$'yi tüketmek için ileri yönde (ürünler yönünde) hareket etmeye başlar. Yani, daha fazla $SO_3$ üretilirken, eklenen $SO_2$ ve bir miktar $O_2$ tüketilir.
- 6. Denge Yeniden Kurulana Kadar Süreç: $SO_2$ eklenmesiyle ileri tepkime hızı ($r_i$) aniden yükselir. Sistem ileri yönde ilerledikçe, $SO_2$ ve $O_2$ derişimleri azalmaya başlar (yükselmiş olan $SO_2$ derişimi ve başlangıçtaki $O_2$ derişimi üzerinden). Bu durum, ileri tepkime hızının ($r_i$) zamanla azalmasına neden olur. Aynı zamanda, ileri yönde tepkime ilerlediği için $SO_3$ derişimi artar. Bu durum, geri tepkime hızının ($r_g$) zamanla artmasına neden olur. Bu süreç, ileri tepkime hızı ($r_i$) ile geri tepkime hızı ($r_g$) tekrar eşitleninceye kadar devam eder ve yeni bir denge kurulur. Yeni denge durumunda hem ileri hem de geri tepkime hızları, başlangıçtaki denge hızlarından daha yüksek bir değere ulaşır.
- 7. Seçeneklerin Değerlendirilmesi:
- A) Denge bozulmaz: Yanlıştır. $SO_2$ eklenmesi dengeyi bozar ve sistem yeni bir dengeye ulaşmak için tepki verir.
- B) Sadece geri tepkime hızı artar: Yanlıştır. İlk olarak ileri tepkime hızı artar. Geri tepkime hızı ise $SO_3$ oluşmaya başladıktan sonra artar.
- C) Sadece ileri tepkime hızı artar: Yanlıştır. "Sadece" ifadesi hatalıdır, çünkü geri tepkime hızı da zamanla artar. Ayrıca ileri tepkime hızı aniden artar, sonra azalır.
- D) Denge yeniden kuruluncaya kadar ileri tepkime hızı artar: Bu ifade, $SO_2$ eklenmesiyle ileri tepkime hızının aniden yükseldiğini ve bu yüksek hızın (geri tepkime hızına göre daha yüksek olmasının) denge yeniden kurulana kadar sistemi ileri yönde sürüklediğini en iyi şekilde açıklar. Yani, ileri tepkime hızı, başlangıçtaki denge durumuna göre artmış bir şekilde dengeye ulaşma sürecini domine eder. Her ne kadar anlık bir sıçrama sonrası azalsa da, dengeye ulaşma sürecinde ileri tepkime hızı, geri tepkime hızından daha büyüktür ve bu durum "ileri tepkime hızı artar" şeklinde özetlenebilir.
Cevap D seçeneğidir.
