Denge, doğadaki süreçlerin ileri ve geri yöndeki hızlarının eşitlenmesiyle ulaşılan dinamik bir kararlılık durumudur. Gerçekleşen olayın niteliğine göre denge fiziksel denge ve kimyasal denge olmak üzere ikiye ayrılır.

1. Fiziksel Denge

Maddenin kimyasal yapısı (iç yapısı) değişmeksizin, yalnızca fiziksel hâlleri veya çözünme durumları arasında kurulan dengelere fiziksel denge denir.

A) Sıvı – Buhar Dengesi (Denge Buhar Basıncı)

Sabit sıcaklıkta kapalı bir kaba bir miktar sıvı konulduğunda:

1. Buharlaşma Hızı ($r_b$): Yalnızca sıcaklığa, sıvının cinsine ve saflığına bağlıdır. Sıcaklık sabit kaldığı sürece buharlaşma hızı sabittir.

2. Yoğunlaşma Hızı ($r_y$): Başlangıçta buhar bulunmadığından sıfırdır. Zamanla buhar tanecikleri arttıkça birbirine ve sıvı yüzeyine çarparak sıvılaşır; dolayısıyla yoğunlaşma hızı zamanla artar.

3. Denge Hâli: Buharlaşma hızı yoğunlaşma hızına eşitlendiği anda dinamik fiziksel denge kurulur:

   $$r_{\text{buharlaşma}} = r_{\text{yoğunlaşma}}$$
   $$\text{H}_2\text{O}_{(s)} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{O}_{(g)}$$

• Bu andaki buharın uyguladığı basınca denge buhar basıncı denir. Sıvı ve buhar miktarları zamanla sabit kalır.

B) Çözünme – Çökelme Dengesi (Doygunluk Dengesi)

Sabit sıcaklıkta katı bir tuzun (örneğin $\text{NaCl}$) suda çözünmesi incelendiğinde:

• Başlangıçta çözünme hızı çok yüksektir, çökelme hızı sıfırdır.

• Çözelti doygunluğa ulaştığında çözünme hızı çökelme hızına eşitlenir:

  $$\text{NaCl}_{(k)} \rightleftharpoons \text{Na}^+_{(suda)} + \text{Cl}^-_{(suda)}$$

• Çözünme olayı durmamıştır; mikroskobik düzeyde $1\text{ saniyede}$ kaç tanecik çözünüyorsa o kadar tanecik kristallenerek çöker.

2. Kimyasal Denge

Kimyasal bir tepkimede reaktiflerin ürünlere dönüşme hızı (ileri tepkime hızı, $r_i$) ile ürünlerin tekrar reaktiflere dönüşme hızının (geri tepkime hızı, $r_g$) birbirine eşitlenmesiyle kurulan dengeye kimyasal denge denir.

• Denge Şartı: $r_{\text{ileri}} = r_{\text{geri}}$

• Kimyasal türlerin bağ yapıları değişir ve yeni maddeler oluşur.

• Reaktiflerin hiçbiri tamamen tükenmez (tam verim gözlenmez).

3. Fiziksel ve Kimyasal Dengenin Karşılaştırma Tablosu

4. Denge Bağıntılarının Karşılaştırılması

Denge durumunda ürünlerin derişimleri ile girenlerin derişimleri oranı bir denge sabiti ($K$) verir. Saf katı ve saf sıvılar bağıntıya yazılmaz:

• Sıvı-Buhar Fiziksel Dengesi:

  $$\text{H}_2\text{O}_{(s)} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{O}_{(g)} \implies K_p = P_{\text{H}_2\text{O}} \quad (\text{Denge buhar basıncı})$$

• Heterojen Kimyasal Denge:

  $$\text{CaCO}_{3(k)} \rightleftharpoons \text{CaO}_{(k)} + \text{CO}_{2(g)} \implies K_c = [\text{CO}_2] \quad \text{veya} \quad K_p = P_{\text{CO}_2}$$

• Homojen Kimyasal Denge:

  $$2\text{NO}_{2(g)} \rightleftharpoons \text{N}_2\text{O}_{4(g)} \implies K_c = \frac{[\text{N}_2\text{O}_4]}{[\text{NO}_2]^2}$$

Çözümlü Sorular

Soru 1: Denge Türünü Belirleme

Aşağıda verilen tersinir olayları Fiziksel Denge veya Kimyasal Denge olarak sınıflandırınız:

I. $\text{Br}_{2(s)} \rightleftharpoons \text{Br}_{2(g)}$

II. $\text{PCl}_{5(g)} \rightleftharpoons \text{PCl}_{3(g)} + \text{Cl}_{2(g)}$

III. $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(k)} \rightleftharpoons \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(suda)}$

IV. $\text{CH}_3\text{COOH}_{(suda)} + \text{H}_2\text{O}_{(s)} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^-_{(suda)} + \text{H}_3\text{O}^+_{(suda)}$

Çözüm:

• I: Sıvı bromun gaz hâliyle dengesidir. Hâl değişimidir, kimyasal kimlik korunur $\rightarrow$ Fiziksel Denge.

• II: $\text{PCl}_5$ molekülünün bağları kırılarak farklı kimyasal türler meydana gelmiştir $\rightarrow$ Kimyasal Denge.

• III: Şekerin katı hâli ile sudaki çözeltisi arasındaki çözünme dengesidir $\rightarrow$ Fiziksel Denge.

• IV: Zayıf bir asit olan asetik asidin proton alışverişi ile iyonlaşması kimyasal bir süreçtir $\rightarrow$ Kimyasal Denge.

Soru 2: Fiziksel Denge Grafiği Yorumlama

Sabit sıcaklıkta kapalı bir kaba bir miktar saf etil alkol sıvısı konuluyor.

Sistem dengeye ulaşana kadar geçen sürede gerçekleşen değişimlerle ilgili;

I. Sıvının buharlaşma hızı zamanla azalır.

II. Gaz taneciklerinin yoğunlaşma hızı zamanla artar.

III. Denge anında kaptaki sıvı molekülü sayısı sabitlenir.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I

B) I ve II

C) II ve III

D) I ve III

E) I, II ve III

Çözüm:

• Sıcaklık sabit tutulduğundan, buharlaşma hızı sıvının yüzey alanına ve sıcaklığına bağlı olarak sabittir, azalmaz (I. öncül yanlış).

• Başlangıçta buhar molekülü olmadığından yoğunlaşma hızı sıfırdır; buhar oluştukça yoğunlaşma hızı artarak buharlaşma hızına eşitlenir (II. öncül doğru).

• Denge kurulduğunda buharlaşma ve yoğunlaşma hızları eşitlendiği için sıvı ve gaz fazındaki molekül sayıları zamanla sabit kalır (III. öncül doğru).

Doğru Cevap: C (II ve III)