14.8: Le Chatelier Prensibi: Hacim (Basınç) Değiştirme

Gaz fazı dengeleri için, reaksiyona giren maddelerin ve ürünlerin konsantrasyonlarındaki değişiklikler, değişen hacim ve basınçla meydana gelebilir. İdeal bir gazın kısmi basıncı, P, molar konsantrasyonu, M ile orantılıdır.

Bu nedenle, herhangi bir reaktan veya ürünün kısmi basınçlarındaki değişiklikler esasen konsantrasyonlardaki değişikliklerdir; bu nedenle, bu değişiklikler denge üzerinde aynı etkileri verir. Reaktanların veya ürünlerin eklenmesi veya çıkarılmasının yanı sıra, gaz fazı dengesindeki türlerin basınçları (konsantrasyonları), sistem tarafından işgal edilen hacmi değiştirerek de değiştirilebilir. Bir gaz fazı dengesinin tüm türleri aynı hacmi işgal ettiğinden, hacimdeki belirli bir değişiklik hem reaktan hem de ürünler için konsantrasyonda aynı değişikliğe neden olacaktır. Varsa, bu tür bir stresin neden olacağı kaymayı ayırt etmek için, reaksiyonun stokiyometrisi dikkate alınmalıdır.

Dengede, N₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2 NO (g) reaksiyonu, reaksiyon katsayısı tarafından tanımlanır

Bu türlerin bir denge karışımının kapladığı hacim 3 kat azalırsa, üç türün kısmi basınçları 3 kat artacaktır:

Ve bu nedenle, bu gaz fazı denge karışımının hacmini değiştirmek, dengede bir kaymaya neden olmaz.

Bununla birlikte, farklı bir sisteme benzer bir işlem 2 SO₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2 SO₃ (g), farklı bir sonuç verir:

Bu durumda, hacimdeki değişiklik, denge sabitinden daha küçük bir reaksiyon katsayısıyla sonuçlanır ve bu nedenle denge sağa kayar.

Bu sonuçlar, bir gaz fazı dengesinin stokiyometrisi ile hacim kaynaklı basınç (konsantrasyon) değişikliğinin etkisi arasındaki ilişkiyi göstermektedir. İlk örnekte olduğu gibi, reaktanların ve ürünlerin toplam molar miktarları eşitse, hacimdeki bir değişiklik dengeyi değiştirmez. Reaktanların ve ürünlerin molar miktarları farklıysa, hacimdeki bir değişiklik, dengeyi hacim değişikliğine daha iyi “uyum sağlayan” bir yönde kaydıracaktır. İkinci örnekte, üç mol reaktan (SO₂ ve O₂) iki mol ürün (SO₃) verir ve bu nedenle sistem hacminin azaltılması dengenin sağa kaymasına neden olur, çünkü ileri reaksiyon ters reaksiyondan (3 mol) daha az gaz (2 mol) üretir. Tersine, bu denge sisteminin hacmini artırmak, reaktanlara doğru bir kaymaya neden olur.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 13.3 Shifting Equilibria: LeChatelier’s Principle.

Le Châtelier prensibi, denge durumundaki bir sistemin hacim veya basınçtaki bir değişikliğin stresine nasıl tepki vereceğini tahmin etmek için kullanılabilir. Bir gazın hacmi basıncıyla ters orantılıdır;bu nedenle, dengede olan bir sistem için, hacimdeki azalma, basıncı artırır ve dengeyi bozar. Sonuç olarak, denge pozisyonu stresi en aza indirmek için bir yöne kayacaktır.

İdeal gaz yasası, bir gazın basıncının, mol sayısı ile doğru orantılı olduğunu belirtir. Bu nedenle, dengeyi yeniden sağlamak için kayılması gereken yön, reaksiyonun her iki tarafındaki gaz partiküllerinin mol sayısına bağlıdır. Daha fazla gaz molü daha yüksek bir basınçla sonuçlandığından, basınçtaki bir artış, basıncı düşürmek için denge konumunu daha az mol içeren tarafa kaydırır.

Aynı şekilde, basınçtaki bir azalma, denge konumunu daha fazla gaz molü ile yana kaydırır. Bir mol gaz halindeki fosfor pentaklorürün, bir mol fosfor triklorür ve bir mol klor gazına ayrıştığı ve toplam iki mol ürünün olduğu bir kimyasal denge düşünün. Piston aşağı doğru itilirse denge sisteminin hacmi basıncı artırarak azalır.

Bu, dengeyi bozar ve Q'nun K'den büyük olmasına neden olur. Bu nedenle, denge konumu, basıncı düşürmek ve dengeyi sağlamak için daha az mol gaz parçacığı ile reaktanlara doğru kayar. Tam tersi olarak da pistonu yukarı çekmek hacmi artırır ve basıncı düşürür.

Bu durumda Q, K'dan daha küçük olur. Basıncı yükseltmek için, denge konumu, en çok gaz molüne sahip taraf olan ürünlere doğru kayar ve dengeyi yeniden sağlar. Sabit hacimde bir denge karışımına bir inert gaz ekleyerek basıncın arttırılması, dengeyi etkilemez çünkü gaz halindeki reaktanların ve ürünlerin kısmi basınçları değişmeden kalır.

İyot monoklorür üretmek için iyot gazı ile klor gazı arasındaki reaksiyon gibi eşit sayıda gaz halindeki reaktan ve ürün molüne sahip denge sistemleri için, sistemin hacmindeki bir değişikliğin denge üzerinde hiçbir etkisi olmayacaktır.