Sıcaklığın dengeye etkisi Test 1

H₂O(s) ⇌ H₂O(s) denge sistemi bulunan bir ortamda sıcaklık 0°C'nin altına düşürülüyor. Bu değişiklikle ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

A) Buzun erime hızı artar
B) Denge donma yönüne kayar
C) Suyun derişimi artar
D) Sistemin entalpisi azalır

Merhaba sevgili öğrenciler!

Bu soruda, suyun katı (buz) ve sıvı halleri arasındaki dengeyi ve sıcaklık değişiminin bu denge üzerindeki etkisini inceleyeceğiz. Soruda denge sistemi $H_2O(s) \rightleftharpoons H_2O(s)$ olarak belirtilmiş olsa da, sıcaklık değişimi ve $0^\circ C$ referansı, bu denge sisteminin aslında suyun katı hali (buz) ile sıvı hali arasındaki denge, yani $H_2O(k) \rightleftharpoons H_2O(s)$ olduğunu göstermektedir. Bu nedenle çözümümüzü bu doğru denge denklemi üzerinden yapacağız.

• 1. Denge Tepkimesini Anlayalım:

  Suyun katı (buz) ve sıvı halleri arasındaki denge tepkimesi şu şekildedir:

  $H_2O(k) \rightleftharpoons H_2O(s)$

  Bu tepkimeyi enerji değişimi açısından inceleyelim:

  • İleri yönlü tepkime ($H_2O(k) \rightarrow H_2O(s)$): Buzun erimesidir. Erime, çevreden ısı alan (endotermik) bir olaydır. Yani, $H_2O(k) + \text{ısı} \rightarrow H_2O(s)$.
  • Geri yönlü tepkime ($H_2O(s) \rightarrow H_2O(k)$): Suyun donmasıdır. Donma, çevreye ısı veren (ekzotermik) bir olaydır. Yani, $H_2O(s) \rightarrow H_2O(k) + \text{ısı}$.

  Bu durumda denge tepkimesini ısıyı da dahil ederek şöyle yazabiliriz:

  $H_2O(k) + \text{ısı} \rightleftharpoons H_2O(s)$

• 2. Le Chatelier Prensibini Uygulayalım:

  Le Chatelier Prensibi'ne göre, dengedeki bir sisteme dışarıdan bir etki yapıldığında, sistem bu etkiyi azaltacak yönde hareket eder ve yeni bir denge kurar.

  Soruda belirtilen etki, sıcaklığın $0^\circ C$'nin altına düşürülmesi, yani sıcaklığın azaltılmasıdır.

• 3. Sıcaklık Azalmasının Dengeye Etkisi:

  Sıcaklık azaldığında, sistem bu azalmayı telafi etmek için ısı üreten yöne kayar. Yukarıdaki denge tepkimesinde ısı üreten yön, geri yönlü tepkime yani donma yönüdür ($H_2O(s) \rightarrow H_2O(k) + \text{ısı}$).

  Bu nedenle, sıcaklık $0^\circ C$'nin altına düşürüldüğünde denge, donma yönüne kayar.

• 4. Seçenekleri Değerlendirelim:
  • A) Buzun erime hızı artar: Denge donma yönüne kaydığı için erime hızı azalır, donma hızı artar. Bu ifade yanlıştır.
  • B) Denge donma yönüne kayar: Sıcaklık azaldığında sistem ısı üreten yöne (donma yönüne) kayar. Bu ifade doğrudur.
  • C) Suyun derişimi artar: Denge donma yönüne kaydığı için sıvı su ($H_2O(s)$) miktarı azalır, katı buz ($H_2O(k)$) miktarı artar. Dolayısıyla suyun derişimi azalır. Bu ifade yanlıştır.
  • D) Sistemin entalpisi azalır: Denge donma yönüne kaydığında, sıvı su katı buza dönüşür ve bu süreçte sistem çevreye ısı verir (ekzotermik). Sistem ısı kaybettiği için entalpisi azalır. Bu ifade de aslında doğrudur. Ancak, Le Chatelier Prensibi'nin doğrudan bir sonucu olarak dengenin hangi yöne kaydığını belirten B seçeneği, bu tür sorularda genellikle aranan ana cevaptır. B seçeneği, sistemin sıcaklık değişimine verdiği doğrudan tepkiyi, yani dengenin yönünü açıklar.

En doğru ve doğrudan cevabı aradığımız için, sıcaklık değişimine karşı dengenin verdiği tepkiyi en net açıklayan seçenek B'dir.

Cevap B seçeneğidir.