Bir kimyasal sistemin herhangi bir anda dengede olup olmadığını veya dengede değilse dengeye ulaşmak için hangi yöne (ürünler mi, girenler mi) ilerleyeceğini belirlemek için kullanılan değere tepkime oranı (veya denge kesri) denir. Derişimler cinsinden $Q_c$, kısmi basınçlar cinsinden $Q_p$ sembolü ile gösterilir.

1. Tepkime Oranının ($Q_c$) Yazılışı

Tepkime oranının matematiksel ifadesi, denge sabiti ($K_c$) bağıntısıyla tamamen aynıdır. Aralarındaki tek fark ölçüm zamanıdır:

• $K_c$: Yalnızca sistem denge anındayken ölçülen derişimlerle hesaplanır (sabittir).

• $Q_c$: Sistem dengede olsun ya da olmasın, herhangi bir anda ($t$ anında) kaptaki mevcut derişimler yazılarak hesaplanır.

(Saf katılar ve saf sıvılar tıpkı $K_c$‘de olduğu gibi $Q_c$ ifadesine de yazılmaz).

2. $Q_c$ ile $K_c$ Karşılaştırması ve Sistemin Yönü

Hesaplanan anlık tepkime oranı ($Q_c$) ile o sıcaklıktaki gerçek denge sabiti ($K_c$) kıyaslanarak 3 farklı durum yorumlanır:

Akılda Tutma Yöntemi (Sayı Doğrusu Modeli)

$Q_c$ ve $K_c$ değerlerini bir sayı doğrusuna yerleştirdiğinizde; $Q_c$ değeri her zaman $K_c$ hedefine doğru gitmeye çalışır:

• $Q_c \longrightarrow K_c$ ise $\implies$ Ok sağa bakar, sistem ürünler lehine kayar.

• $K_c \longleftarrow Q_c$ ise $\implies$ Ok sola bakar, sistem girenler lehine kayar.

Çözümlü Sorular

Soru 1: Sistemin Denge Durumunu ve Yönünü Belirleme

Belirli bir sıcaklıkta kapalı $1\text{ L}$‘lik sabit hacimli bir kapta gerçekleşen;

tepkimesinin denge sabiti $K_c = 4$‘tür.

Bir anda kapta $0{,}2\text{ mol CO}$, $0{,}1\text{ mol Cl}_2$ ve $0{,}4\text{ mol COCl}_2$ gazları bulunduğu tespit edilmiştir.

Buna göre:

a) Sistem bu anda dengede midir?

b) Sistem dengede değilse dengeye ulaşmak için hangi yöne kayar?

c) Denge kurulurken kaptaki $\text{CO}$ gazının mol sayısı nasıl değişir?

Çözüm:

• a) Kap hacmi $V = 1\text{ L}$ olduğundan mol sayıları doğrudan molariteye eşittir:

  $$[\text{CO}] = 0{,}2\text{ M}, \quad [\text{Cl}_2] = 0{,}1\text{ M}, \quad [\text{COCl}_2] = 0{,}4\text{ M}$$

  Anlık tepkime oranını ($Q_c$) hesaplayalım:

  $$Q_c = \frac{[\text{COCl}_2]}{[\text{CO}] \cdot [\text{Cl}_2]} = \frac{0{,}4}{0{,}2 \cdot 0{,}1} = \frac{0{,}4}{0{,}02} = \mathbf{20}$$

  $Q_c = 20$ ve $K_c = 4$ olduğundan; $Q_c \neq K_c$‘dir. Dolayısıyla sistem dengede değildir.

• b) $Q_c > K_c$ ($20 > 4$) durumundadır. $Q_c$ değerinin küçülerek $4$‘e inmesi gerekir. Payın (ürünlerin) küçülmesi, paydanın (girenlerin) büyümesi için sistem girenler (sol) yönüne kayar.

• c) Sistem girenler yönüne kaydığı için $\text{COCl}_2$ harcanır; $\text{CO}$ ve $\text{Cl}_2$ gazları yeniden oluşur. Bu nedenle $\text{CO}$ gazının mol sayısı artar.

Soru 2: Katı İçeren Heterojen Sistemde Yön Analizi

Sabit sıcaklıkta $2\text{ L}$‘lik bir kapta;

tepkimesi için $K_c = 0{,}05$‘tir.

Kaba bir miktar $\text{CaCO}_3$ katısı, $\text{CaO}$ katısı ve $0{,}2\text{ mol CO}_2$ gazı konuluyor.

Buna göre sistem dengeye ulaşırken;

I. Kaptaki katı kütlesi

II. $\text{CO}_2$ gazının derişimi

nicelikleri nasıl değişir?

Çözüm:

1. $\text{CaCO}_3$ ve $\text{CaO}$ katı olduğundan bağıntıya yazılmaz.

   $$Q_c = [\text{CO}_2]_t$$

2. Kaptaki anlık $[\text{CO}_2]$ derişimi:

   $$[\text{CO}_2] = \frac{0{,}2\text{ mol}}{2\text{ L}} = 0{,}1\text{ M} \implies Q_c = 0{,}1$$

3. $Q_c = 0{,}1$ ve $K_c = 0{,}05$ olduğundan $Q_c > K_c$‘dir.

4. Sistem dengeye gelmek için girenler yönüne ilerler:

   • $\text{CO}_2$ gazı girenler yönüne harcanır; dolayısıyla $\text{CO}_2$ gazının derişimi azalır.

   • $\text{CaO}$ katısı ile $\text{CO}_2$ gazı birleşerek daha ağır olan $\text{CaCO}_3$ katısını oluşturur (gaz faza ait kütle katıya geçer). Bu nedenle toplam katı kütlesi artar.