Bir kimya tesisinde, amonyak (NH₃) sentezi için Haber-Bosch prosesi kullanılmaktadır: \( N_{2(g)} + 3H_{2(g)} \rightleftharpoons 2NH_{3(g)} \) \(\Delta H = -92.4 \, \text{kJ}\)
Bu reaksiyonla ilgili aşağıdaki yorumlardan hangisi doğrudur?
A) Sıcaklık arttıkça denge sabiti (K) artar.
B) Basınç arttırılırsa amonyak verimi azalır.
C) Reaksiyon ekzotermik olduğu için düşük sıcaklık verimi artırır.
D) Katalizör kullanımı denge konumunu ürünler lehine kaydırır.
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, kimya endüstrisinde büyük öneme sahip Haber-Bosch prosesi üzerinden kimyasal denge prensiplerini inceleyeceğiz. Verilen reaksiyon ve $\Delta H$ değeri ile Le Chatelier Prensibi'ni kullanarak doğru yorumu bulmaya çalışalım.
Reaksiyonumuz: $N_{2(g)} + 3H_{2(g)} \rightleftharpoons 2NH_{3(g)}$ ve $\Delta H = -92.4 \, \text{kJ}$
Öncelikle $\Delta H$ değerine dikkat edelim. Negatif bir $\Delta H$ değeri, bu reaksiyonun ekzotermik olduğunu gösterir. Yani ileri yöndeki reaksiyon ısı açığa çıkarır. Bunu reaksiyon denklemine ısıyı ürün olarak ekleyerek düşünebiliriz: $N_{2(g)} + 3H_{2(g)} \rightleftharpoons 2NH_{3(g)} + \text{ısı}$
- A) Sıcaklık arttıkça denge sabiti (K) artar.
- Ekzotermik bir reaksiyonda (ısı ürünler tarafındadır), sıcaklık artırıldığında sistem bu fazla ısıyı tüketmek için dengeyi reaktifler (girenler) yönüne kaydırır.
- Denge reaktiflere kaydığında, ürünlerin derişimi azalır, reaktiflerin derişimi artar.
- Denge sabiti $K = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3}$ ifadesine göre, ürünler azalıp reaktifler arttığında $K$ değeri azalır.
- Bu nedenle, A seçeneği yanlıştır.
- B) Basınç arttırılırsa amonyak verimi azalır.
- Le Chatelier Prensibi'ne göre, basınç artırıldığında denge, toplam gaz mol sayısının daha az olduğu tarafa kayar.
- Reaktifler tarafında toplam gaz mol sayısı: $1 \, \text{mol } N_2 + 3 \, \text{mol } H_2 = 4 \, \text{mol}$
- Ürünler tarafında toplam gaz mol sayısı: $2 \, \text{mol } NH_3 = 2 \, \text{mol}$
- Ürünler tarafında daha az gaz molü olduğu için, basınç artırılması dengeyi ürünler (sağ) yönüne kaydırır ve amonyak verimini artırır.
- Bu nedenle, B seçeneği yanlıştır.
- C) Reaksiyon ekzotermik olduğu için düşük sıcaklık verimi artırır.
- Yukarıda belirttiğimiz gibi, reaksiyon ekzotermiktir ($\Delta H < 0$), yani ısı ürünler tarafındadır.
- Sıcaklık düşürüldüğünde (sistemden ısı çekildiğinde), Le Chatelier Prensibi'ne göre sistem bu ısı kaybını telafi etmek için dengeyi ısı üreten tarafa kaydırır.
- İleri yöndeki reaksiyon ısı ürettiği için, düşük sıcaklık dengeyi ürünler (sağ) yönüne kaydırır ve amonyak verimini artırır.
- Bu nedenle, C seçeneği doğrudur.
- D) Katalizör kullanımı denge konumunu ürünler lehine kaydırır.
- Katalizörler, bir reaksiyonun hem ileri hem de geri yöndeki hızını aynı oranda artırarak reaksiyonun dengeye ulaşma süresini kısaltır.
- Ancak, katalizörler denge konumunu değiştirmez ve denge sabitinin ($K$) değerini etkilemezler. Sadece dengeye daha hızlı ulaşılmasını sağlarlar.
- Bu nedenle, D seçeneği yanlıştır.
Yukarıdaki analizler sonucunda, doğru yorumun C seçeneğinde verildiği açıkça görülmektedir.
Cevap C seçeneğidir.
