N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) ΔH = -92 kJ
Yukarıdaki denge tepkimesi ile ilgili aşağıdaki işlemlerden hangisi yapılırsa hem NH₃ verimi artar hem de denge sabiti değişmez?
A) Sıcaklığı düşürmek
B) N₂ derişimini artırmak
C) Basıncı düşürmek
D) Katalizör eklemek
Merhaba sevgili öğrenciler! Bu soruda, bir denge tepkimesi üzerinde yapılan işlemlerin hem ürün verimini hem de denge sabitini nasıl etkilediğini inceleyeceğiz. Kimyasal denge konularında Le Chatelier Prensibi ve denge sabitinin nelere bağlı olduğunu iyi anlamak çok önemlidir. Haydi adım adım inceleyelim:
-
Denge Tepkimesi: $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$ ve $\Delta H = -92 \text{ kJ}$ olarak verilmiş.
- $\Delta H = -92 \text{ kJ}$ değeri, tepkimenin egzotermik (ısı veren) olduğunu gösterir. Yani ürünler tarafında ısı açığa çıkar: $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g) + \text{Isı}$.
- Bizden istenen, hem $NH_3$ verimini artıran hem de denge sabitini değiştirmeyen işlemi bulmaktır. Unutmayın, denge sabiti ($K_c$ veya $K_p$) sadece sıcaklık ile değişir. Derişim, basınç veya katalizör eklemek denge sabitinin değerini değiştirmez, sadece dengenin konumunu (hangi yöne kaydığını) etkiler.
-
A) Sıcaklığı düşürmek:
- Tepkime egzotermik olduğu için, sıcaklığı düşürmek dengeyi ürünler yönüne (sağa) kaydırır. Bu, daha fazla $NH_3$ oluşmasını sağlar, yani $NH_3$ verimi artar.
- Ancak, denge sabiti ($K_c$ veya $K_p$) sıcaklık ile değişir. Egzotermik tepkimelerde sıcaklık düşürüldüğünde denge sabiti artar.
- Dolayısıyla, bu seçenek $NH_3$ verimini artırır ancak denge sabitini değiştirir. Bu nedenle doğru cevap değildir.
-
B) $N_2$ derişimini artırmak:
- $N_2$ bir reaktanttır (giren madde). Le Chatelier Prensibi'ne göre, bir reaktantın derişimi artırıldığında denge, eklenen maddeyi tüketmek üzere ürünler yönüne (sağa) kayar. Bu, daha fazla $NH_3$ oluşmasını sağlar, yani $NH_3$ verimi artar.
- Derişimdeki değişiklikler denge sabitinin değerini değiştirmez. Sistem yeni bir denge konumuna ulaşır, ancak denge sabiti aynı kalır.
- Bu seçenek hem $NH_3$ verimini artırır hem de denge sabitini değiştirmez. Bu nedenle doğru cevap olabilir.
-
C) Basıncı düşürmek:
- Tepkimedeki gaz mol sayılarına bakalım: Girenlerde $1 \text{ mol } N_2 + 3 \text{ mol } H_2 = 4 \text{ mol}$ gaz var. Ürünlerde $2 \text{ mol } NH_3 = 2 \text{ mol}$ gaz var.
- Basıncı düşürmek (veya hacmi artırmak), dengeyi toplam gaz mol sayısının daha fazla olduğu tarafa kaydırır. Bu durumda denge girenler yönüne (sola, 4 mol gazın olduğu tarafa) kayar.
- Denge sola kaydığında $NH_3$ verimi azalır.
- Basınçtaki değişiklikler (hacim değişimiyle) denge sabitini değiştirmez.
- Bu seçenek $NH_3$ verimini azaltır. Bu nedenle doğru cevap değildir.
-
D) Katalizör eklemek:
- Katalizörler, ileri ve geri tepkime hızlarını eşit derecede artırarak sistemin dengeye daha hızlı ulaşmasını sağlar.
- Ancak, katalizörler dengenin konumunu (yani ürün verimini) veya denge sabitinin değerini değiştirmez.
- Bu seçenek ne $NH_3$ verimini artırır ne de denge sabitini değiştirir. Bu nedenle doğru cevap değildir.
Yukarıdaki analizlere göre, $N_2$ derişimini artırmak hem $NH_3$ verimini artırır hem de denge sabitini değiştirmez.
Cevap B seçeneğidir.
