Kapalı bir kapta dengede olan \( 2NO_{2(g)} \rightleftharpoons N_2O_{4(g)} \) tepkimesi için aşağıdaki grafik çizilmiştir. Grafikte zamanla toplam basınç değişimi gösterilmiştir.
Buna göre, t₁ anında sistemle ilgili aşağıdakilerden hangisi yapılmış olabilir?
A) Sıcaklık artırılmıştır
B) Kabın hacmi artırılmıştır
C) Sisteme \( N_2O_4 \) eklenmiştir
D) Sisteme inert gaz eklenmiştir
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, kapalı bir kapta dengede olan bir tepkimenin toplam basıncındaki değişimi gösteren bir grafik verilmiştir. Grafiği ve tepkimeyi dikkatlice inceleyerek $t_1$ anında sistemde ne gibi bir değişiklik yapılmış olabileceğini bulalım.
- Tepkimeyi Anlayalım:
- Verilen tepkime: $2NO_{2(g)} \rightleftharpoons N_2O_{4(g)}$
- Tepkimenin sol tarafında (girenler) $2$ mol gaz ($2NO_2$) varken, sağ tarafında (ürünler) $1$ mol gaz ($N_2O_4$) bulunmaktadır.
- Bu, ileri yöndeki tepkimenin (ürün oluşumu) toplam mol sayısını azalttığı, geri yöndeki tepkimenin (giren oluşumu) ise toplam mol sayısını artırdığı anlamına gelir.
- Grafiği İnceleyelim:
- Grafik, zamanla toplam basıncın değişimini göstermektedir.
- $t_1$ anında toplam basınçta ani bir düşüş gözlenmektedir.
- Ani düşüşün ardından, sistem yeni bir dengeye ulaşana kadar basınç bir miktar daha azalmaya devam etmektedir.
- Seçenekleri Değerlendirelim:
- A) Sıcaklık artırılmıştır:
- Sıcaklık değişimi, basınçta ani bir düşüşe neden olmaz; basınç değişimi kademeli olur. Ayrıca, bu tepkime ekzotermiktir ($2NO_{2(g)} \rightleftharpoons N_2O_{4(g)} + \text{ısı}$). Sıcaklık artırıldığında denge sola (girenler yönüne) kayar ve mol sayısı artar, bu da toplam basıncı artırır. Bu, grafikteki ani düşüş ve sonrasında devam eden düşüş ile çelişir.
- B) Kabın hacmi artırılmıştır:
- Kabın hacmi aniden artırıldığında, gaz moleküllerinin birim hacimdeki çarpışma sayısı azalır ve bu durum toplam basınçta ani bir düşüşe neden olur ($P \propto 1/V$). Bu, grafikteki $t_1$ anındaki ani düşüş ile tamamen uyumludur.
- Hacim artırıldıktan sonra sistem Le Chatelier ilkesine göre dengeyi yeniden kurmaya çalışır. Basınç azaldığı için sistem, basıncı artırmak amacıyla mol sayısının fazla olduğu yöne kayar. Bu tepkimede mol sayısının fazla olduğu taraf girenler tarafıdır ($2NO_2$). Dolayısıyla denge sola kayar.
- Denge sola kaydığında, toplam mol sayısı artar. Yeni, daha büyük hacimde mol sayısının artması, basıncın anlık düşüş noktasından itibaren bir miktar artmasına neden olur. Ancak, grafikte basıncın bir miktar daha azaldığı gösterilmiştir. Bu kısım, Le Chatelier ilkesinin standart uygulamasıyla çelişse de, ani basınç düşüşünü açıklayan tek seçenek budur. Genellikle bu tür grafiklerde, hacim artışı sonrası dengeye gelirken basınçtaki küçük artış göz ardı edilerek, genel eğilimin (başlangıç basıncına göre daha düşük bir basınçta dengeye gelme) gösterildiği kabul edilir. Ani düşüş, bu seçeneğin en güçlü göstergesidir.
- C) Sisteme $N_2O_4$ eklenmiştir:
- Sisteme $N_2O_4$ gazı eklenmesi, toplam mol sayısını aniden artıracağı için toplam basınçta ani bir artışa neden olur. Bu, grafikteki ani düşüş ile çelişir.
- D) Sisteme inert gaz eklenmiştir:
- Eğer inert gaz sabit hacimde eklenirse, toplam basınç aniden artar ancak reaksiyona giren gazların kısmi basınçları değişmediği için denge konumunu etkilemez. Eğer inert gaz sabit basınçta eklenirse (hacim artırılarak), bu durum kabın hacminin artırılmasına benzer bir etki yaratır. Ancak grafikteki ani düşüş, inert gaz eklenmesiyle (sabit hacimde) oluşan ani artışla çelişir.
- Sonuç:
- Grafikteki $t_1$ anındaki ani toplam basınç düşüşünü açıklayabilen tek seçenek kabın hacminin artırılmasıdır. Diğer seçenekler ya ani basınç artışına neden olur ya da ani basınç değişimine yol açmaz. Grafiğin dengeye ulaşma eğrisindeki küçük tutarsızlığa rağmen, başlangıçtaki ani değişim, doğru cevabın B olduğunu açıkça göstermektedir.
Cevap B seçeneğidir.
