Tepkimenin Tamamlanması ile Kimyasal Denge Arasındaki Fark

Tepkimenin tamamlanması

Bir kimyasal tepkimenin tamamlanması, tepkimenin net olarak ilerlediği yönde artık gözle görülür bir değişim oluşturamayacak duruma gelmesi demektir. Lise düzeyinde bu durum genellikle sınırlayıcı giren maddenin tamamen ya da pratik olarak tükenmesiyle açıklanır. Sınırlayıcı giren, ürün oluşumunu belirleyen ve önce tükenen girendir. Diğer giren maddelerden biri fazla miktarda kullanılmışsa, bu madde tepkime sonunda çözeltide veya karışımda kalabilir; dolayısıyla “tepkime tamamlandı” ifadesi her girenin yok olduğu anlamına gelmez.

Bu durumun temelinde tepkimenin net olarak tek yönde ilerlemesi vardır. Ürünler oluşurken giren maddelerin miktarı azalır. Sınırlayıcı giren tükendiğinde, ürün oluşumunu sürdürecek gerekli madde kalmadığı için ileri yöndeki net değişim durur. Gerçek sistemlerde “tamamen” sözcüğü çoğu zaman pratik anlamda kullanılır; çok küçük miktarlar ölçülemeyecek kadar az kalabilir.

Örneğin hidrojen klorür (HCl) suda çözündüğünde HCl moleküllerinin neredeyse tamamı suyla tepkimeye girerek hidronyum iyonu oluşturur. Bu nedenle güçlü asitlerin suda iyonlaşması, verilen koşullarda tamamlanmaya çok yakın kabul edilir. Buna karşılık tamamlanma, ürünlerin mutlaka tek başına kaldığı anlamına gelmez; fazla giren madde, çözücü veya başka türler ortamda bulunabilir. Önemli nokta, tepkimenin net ilerlemesini sağlayan sınırlayıcı girenin tükenmesidir.

Kimyasal denge

Kimyasal denge, geri dönüşümlü bir tepkimede ileri ve geri yönlerdeki değişimlerin eşit hızda gerçekleştiği dinamik durumdur. Dengeye ulaşıldığında tepkime durmaz; yalnızca ileri yönde ürün oluşma hızı ile geri yönde ürünlerin yeniden girenlere dönüşme hızı birbirine eşit olur. Bu nedenle dışarıdan bakıldığında maddelerin derişimleri sabit kalır.

Dengeye ulaşma sürecinde başlangıçta giren maddeler daha fazla olduğundan ileri yön baskın olabilir. Ürün miktarı arttıkça ürünlerin girenlere dönüşmesini sağlayan geri yön de önem kazanır. İki yönün hızları eşitlendiğinde sistem dengededir. Denge, maddelerin miktarlarının eşit olduğu anlamına gelmez; sabit kalan şey derişimlerdir ve girenlerle ürünlerin miktarları birbirinden farklı olabilir. İleri ve geri tepkime hızları burada yalnızca dengeyi tanımlamak için anılır; hız hesaplamaları ayrı bir konudur.

Örneğin azot dioksit ile dinitrojen tetraoksit arasındaki tepkime 2NO2 ⇌ N2O4 biçiminde gösterilebilir. Bir kaba başlangıçta yalnızca NO2 konulduğunda bir miktar N2O4 oluşur. Dengeye gelindiğinde kapta hem NO2 hem de N2O4 bulunur; örnek bir düzenekte denge derişimleri [NO2] = 0,016 M ve [N2O4] = 0,042 M olabilir. Bu değerlerin sabit kalması, NO2’nin tamamen tükendiğini değil, iki yöndeki tepkimelerin aynı hızla sürdüğünü gösterir.

Tepkime tamamlanması ile kimyasal denge arasındaki temel farklar

Tepkimenin tamamlanması ile kimyasal denge arasındaki ilk fark, giren maddelerin durumudur. Tamamlanmaya giden bir tepkimede sınırlayıcı giren pratik olarak tükenir ve ürün oluşumunu sürdürecek net bir ilerleme kalmaz. Kimyasal dengede ise giren maddelerin tamamının tükenmesi gerekmez; girenler ve ürünler aynı ortamda birlikte bulunur. Ürünlerin bulunması tek başına dengeyi göstermez, çünkü tamamlanmış bir tepkimede de ürünler oluşmuş olabilir.

İkinci fark, tepkimenin ilerleme biçimidir. Tamamlanmaya giden tepkimede ileri yöndeki net değişim baskındır ve geri dönüş ihmal edilecek kadar küçük olabilir. Dengede ise sistem mikroskobik düzeyde iki yönde de değişmeye devam eder. İleri ve geri yönlerdeki hızlar eşit olduğu için toplam bileşim sabit görünür. Bu nedenle “tepkime durdu” ifadesi denge için doğru değildir; doğru ifade, ileri ve geri tepkimelerin eşit hızda sürmesidir.

Sirke içindeki asetik asit bu ayrımı anlamak için kullanılabilecek bir örnektir. Asetik asit suyla tepkimeye girdiğinde moleküllerin yalnızca bir bölümü iyonlaşır; çözeltide hem asetik asit molekülleri hem de oluşan iyonlar bulunur. Bu, girenlerin tamamen tükenmediği geri dönüşümlü bir denge durumuna örnektir. Buna karşılık güçlü bir asidin suda iyonlaşması, pratik olarak bütün asit moleküllerinin tepkimeye girmesi nedeniyle tamamlanmaya yakın kabul edilir.

Bir tepkimenin yönünü değerlendirirken okun tek yönlü mü, yoksa iki yönlü mü gösterildiğine ve ürünlerin yeniden girenlere dönüşüp dönüşemediğine bakılır. Tek yönlü net değişimde sınırlayıcı giren tükendiğinde süreç tamamlanabilir. Geri dönüşümlü tepkimelerde ise ürünler yeniden giren oluşturabildiği için, uygun koşullarda giren ve ürünlerin birlikte bulunduğu dinamik denge kurulabilir. Denge sabiti hesaplamaları, Le Châtelier ilkesi ve dengeye etki eden faktörler ayrı başlıklarda incelenir; tepkime hızı ve kinetik hesaplamaları da bu karşılaştırmanın kapsamı dışındadır.