14.6
Tersinir bir kimyasal reaksiyon, hem ileri (soldan sağa) hem de ters (sağdan sola) yönlerde ilerleyen kimyasal bir işlemi temsil eder. İleri ve geri r…
Tersine çevrilebilir bir kimyasal reaksiyon, reaktanların ürünlere dönüşümü ve ürünlerin tekrar reaktanlara dönüştürülmesinin aynı anda gerçekleştiği bir reaksiyondur. Reaktifler ve ürünler arasındaki çift ok, reaksiyonun tersinir doğasını gösterir. Ürünlerin oluşum hızı veya ileri reaksiyon hızı, reaktanların oluşum hızına veya ters reaksiyon hızına eşit olduğunda, kimyasal denge elde edilir.
Kimyasal denge aslında dinamik bir süreçtir. Dışarıdan bakıldığında, tüm sistem statik görünür ancak moleküler düzeyde oldukça aktiftir. Fosfor pentaklorürün termal ayrışmasını düşünün.
Kapalı bir kapta ısıtıldığında, gaz halindeki fosfor pentaklorür, geri dönüşümlü bir reaksiyonda fosfor triklorür ve klor gazı karışımına ayrışır. Reaksiyon ilerledikçe, fosfor pentaklorür konsantrasyonu azalırken, fosfor triklorür ve klor gazı artar. Sonuç olarak, ileri reaksiyonun hızı azalır ve ters reaksiyonun hızı artar.
Sonunda, ileri ve geri reaksiyonların oranları eşitlenir ve sistem kimyasal dengeye ulaşır. Bu durumda, fosfor pentaklorür, fosfor triklorür ve klorun nispi konsantrasyonları artık değişmez. Böyle bir denge durumuna dinamik denge de denir çünkü hem ileri hem de ters reaksiyonlar aynı hızlarda gerçekleşmeye devam eder.
Reaktanlar ve ürünler tüketildikleri gibi aynı oranlarda oluştukları için, konsantrasyonları eşit olmasa da sabit kalır. Kimyasal bir denge, belirli bir tersinir reaksiyondaki tüm reaktanlar ve ürünler aynı gaz veya sulu fazda ise, denge homojendir. Heterojen bir dengede, reaktanlar ve ürünler farklı fazlarda bulunur.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is a reversible chemical reaction?
A reversible chemical reaction is a process in which reactants convert to products and products simultaneously convert back to reactants. The double arrow notation signifies this reversible nature. In the thermal decomposition of phosphorus pentachloride, for example, gaseous PCl₅ decomposes into PCl₃ and Cl₂ while these products recombine to reform PCl₅, demonstrating how both forward and reverse reactions occur simultaneously.
Q2: How does chemical equilibrium become dynamic?
Chemical equilibrium is dynamic because both forward and reverse reactions continue occurring at equal rates. Although the system appears static from outside, molecular-level activity remains high. When the rate of product formation equals the rate of reactant formation, concentrations stabilize. Reactants and products form and are consumed simultaneously, maintaining constant but not necessarily equal concentrations.
Q3: Why do forward and reverse reaction rates eventually become equal?
As a reversible reaction proceeds, reactant concentration decreases, slowing the forward reaction rate. Simultaneously, product concentration increases, accelerating the reverse reaction rate. This continues until both rates match, achieving equilibrium. At this point, the rate of NO₂ formation equals its consumption rate, and N₂O₄ formation equals its consumption rate, stabilizing all concentrations.
Q4: What is the difference between homogeneous and heterogeneous equilibria?
A homogeneous equilibrium occurs when all reactants and products exist in the same phase—either gaseous or aqueous. A heterogeneous equilibrium involves reactants and products in two or more different phases. For example, the decomposition of N₂O₄ gas to NO₂ gas is homogeneous, while reactions involving solids and gases represent heterogeneous equilibria.
Q5: Why do concentrations remain constant at equilibrium?
At equilibrium, concentrations remain constant because reactants and products form at the same rates they are consumed. The forward reaction rate equals the reverse reaction rate, creating a balance. Although individual molecules continue reacting, the overall composition of the system does not change, making equilibrium a dynamic steady state rather than a static condition.
Q6: How does the concentration of reactants change during the approach to equilibrium?
Initially, reactant concentration is finite while product concentration is zero, so the forward reaction proceeds at a finite rate. As the reaction progresses, reactant concentration decreases while product concentration increases. This changing concentration affects reaction rates: the decreasing reactant concentration slows the forward reaction, while increasing product concentration speeds the reverse reaction until equilibrium is reached.
Q7: What happens to reaction rates when a system reaches equilibrium?
When a system reaches equilibrium, the forward and reverse reaction rates become equal. Although both reactions continue occurring, they proceed at identical rates, so no net change in concentrations occurs. This equal-rate condition defines the equilibrium state and explains why equilibrium concentrations from initial concentrations can be predicted using equilibrium expressions and constants.