Tepkime Katsayısı Q (Makale) | Khan Academy (2024)

Tepkime katsayısı Q'nun tanımını ve tepkimenin yönünü belirlemede nasıl kullanıldığını öğrenelim.

Q nedir?

Tepkime katsayısı $Q$ ‍, belirli bir zamanda, belirli bir anda tepkimede mevcut ürün ve tepkimeye giren maddelerin göreli miktarlarının ölçüsüdür.

$aA + bB ⇋ cC + dD$ ‍ tersinir tepkimesinde $a$ ‍, $b$ ‍, $c$ ‍ ve $d$ ‍ dengelenmiş tepkimenin stokiyometrik katsayıları ise, $Q$ ‍'nun değerini aşağıdaki denklemi kullanarak hesaplayabiliriz:

$Q = \frac{[C]^{c} [D]^{d}}{[A]^{a} [B]^{b}}$ ‍

Bu ifade tanıdık gelebilir, çünkü $Q$ ‍, $K$ ‍ denge sabitiyle yakından ilgili bir kavramdır. Denge konsantrasyonlarına bağlı $K$ ‍'nin aksine, $Q$ ‍ tepkime dengede olsa da, olmasa da hesaplanabilir.

Bazen $Q$ ‍ yerine $Q_{C}$ ‍ veya $Q_{P}$ ‍ simgelerinin kullanıldığını görebilirsiniz. Bu alt simge, gaz halindeki tepkimeye giren madde veya ürünlerin konsantrasyonlarının $\frac{mol}{L}$ ‍ veya $M$ ‍ ( $Q_{C}$ ‍) birimlerinde verildiğini ya da gaz konsantrasyonlarının kısmi basınç ( $Q_{P}$ ‍) şeklinde ifade edildiğini belirtir. Alt simge verilmediyse, gazların birimlerine bakarak söz konusu olanın basınç mı yoksa konsantrasyon mu olduğunu kontrol edebilirsiniz.

$Q$ ‍'nun büyüklüğü tepkime kabında neler olduğunu belirtir. Peki bu tam olarak ne anlama geliyor? Değerlendirmemize uç durumları ele alarak başlayalım. Sadece başlangıç malzemeleri olan bir tepkimede, ürün konsantrasyonları $[C] = [D] = 0$ ‍'dır. Payımız sıfır olduğundan, $Q = 0$ ‍ sonucunu elde ederiz. Sadece ürünü olan bir tepkimede ise, denklemimizin paydasında $[A] = [B] = 0$ ‍ vardır, yani $Q$ ‍ sonsuz büyüklüğe sahiptir. Tepkimelerde çoğu zaman, tepkimeye giren maddeler ve ürünlerden oluşan bir karışıma sahip oluruz, ama yine de çok küçük $Q$ ‍ değerlerinin, elimizdeki tepkimeye giren madde miktarının; çok büyük $Q$ ‍ değerlerinin ise, tepkime kabındaki ürün miktarının daha fazla olduğunu belirttiğini aklımızdan çıkarmamalıyız.

Belirli bir tepkime için $Q$ ‍ ve $K$ ‍'yi karşılaştırmak, tepkimenin dengeye ulaşması için hangi yönde ilerlemesi gerektiğini gösterir. Bunu Le Châtelier ilkesini kullanmanın başka bir yolu olarak da düşünebilirsiniz.

$Q$ ‍ ifademizde (aynen $K$ ‍ için de olduğu gibi) saf katı veya saf sıvıları kullanmadığımızı unutmayın. Ayrıca, $Q$ ‍ (yine $K$ ‍'de olduğu gibi) genelde birimsiz olarak yazılır. Bu, $Q$ ‍'yu kullanırken veya hesaplarken, özellikle de gaz konsantrasyonu hem mol/L hem de kısmi basınç (genelde atm veya bar birimi) şeklinden ifade edilebileceği için, birimlerinizin doğru olduğundan emin olmanız gerektiği anlamına gelir.

Q'yu kullanarak tepkimenin hangi yönde ilerleyeceğini tahmin edelim

Le Châtelier ilkesinden, bir tepkimeyi denge durumundan uzaklaştıran bir stres uygulandığında, tepkimenin dengeye dönmek için düzenlemeler yapmaya çalışacağını biliyoruz. $Q$ ‍ ve $K$ ‍'yi karşılaştırarak tepkimenin, ne gibi bir düzenleme yaptığını görebiliriz, ki bu daha fazla ürün mü yapmaya çalışıyor, yoksa ürün tüketerek daha fazla tepkimeye giren madde mi elde etmeye çalışıyor anlamına gelir. Alternatif olarak, zaten dengede olma ihtimalini de göz ardı etmemeliyiz!

Değerlendirilmesi gereken üç olası senaryo var:

$1. Q > K$ ‍

Yukarıdaki $Q$ ‍ ifadesini düşünelim. Payda ürün konsantrasyonları (veya kısmi basınçlarımız) ve paydada da tepkimeye giren maddelerin konsantrasyonları (veya kısmi basınçları) bulunmaktadır. $Q > K$ ‍ ise, denge durumunda, olması gerekenden daha fazla ürünümüz olduğunu anlarız. Bu da tepkimenin, dengeye ulaşmak için, fazladan ürünlerin birazını kullanıp ters tepkime yönünü tercih edeceği anlamına gelir.

$2. Q < K$ ‍

Bu durumda, ürünlerin tepkimeye giren maddelere oranı, dengedeki sistem için olan orandan daha küçüktür. Başka bir deyişle, tepkimeye giren maddelerin konsantrasyonu denge durumunda olması gerekenden daha yüksektir. Bunu ürün konsantrasyonunun çok düşük olduğu şeklinde de yorumlayabilirsiniz. Tepkime, dengeye ulaşmak için, ileri tepkime yönünü tercih edecek ve fazlalık tepkimeye giren maddelerin birazını kullanarak daha fazla ürün elde etmeye çalışacaktır.

$3. Q = K$ ‍

Yaşasın! Tepkime zaten dengede! Konsantrasyonlarımız, ileri ve geri tepkime hızları aynı olduğu için değişmeyecek!

Q'yu görselleştirelim

$Q$ ‍'nun, sıfır (elimizdekilerin tamamı tepkimeye giren madde) ile sonsuz (elimizdekilerin tamamı ürün) aralığında değerleri olabileceğini biliyoruz. Ayrıca tepkimemizin, dengede değilse, dengeye ulaşmak için konsantrasyonları düzenleyeceğini de biliyoruz. Tüm bunları bir araya getirmenin başka bir yolu, olası $Q$ ‍ değerleri için bir sayı doğrusu çizmektir:

Biraz basitleştirmek için, doğru kabaca üç bölüme ayrılabilir. Çok küçük $Q$ ‍ değerleri (~ $10^{- 3}$ ‍ veya daha küçük) için, tepkimedeki tepkimeye giren madde miktarı daha fazladır. $Q$ ‍'nun ara değerleri (~ $10^{- 3}$ ‍ ile $10^{3}$ ‍ arasında) için, tepkime kabında, hem ürün hem de tepkimeye giren maddeden kayda değer miktarda bulunduğunu anlarız. Son olarak, $Q$ ‍ büyük olduğunda ise (~ $10^{3}$ ‍'ten büyük), tepkimedeki ürün miktarının daha fazla olduğu sonucuna ulaşabiliriz.

Sayı doğrumuzda, hem $Q$ ‍, hem de $K$ ‍'yi çizersek, $Q$ ‍'dan $K$ ‍'ye ulaşmak için gittiğimiz yön, tepkimenin nasıl düzenleneceğini belirtir. Sağa gidiyorsak, konsantrasyonları değiştirerek daha fazla ürün elde etmeye çalışıyoruz ve ileri tepkime yönünü tercih ediyoruz demektir. Eğer sıfıra doğru, sola gidiyorsak da, tepkimeye giren maddelerden elde etmek için ters tepkime yönünü tercih ediyoruz demektir.

Örnek

Aşağıdaki konsantrasyonlara göre $Q$ ‍ nedir?
Eğer $K = 1, 0$ ‍ ise, bu $Q$ ‍ değerinde, hangi tepkime yönü tercih edilir?

$CO (g) + H_{2} O (g) ⇋ {CO}_{2} (g) + H_{2} (g)$ ‍

$[CO (g)] = [H_{2} O (g)] = 1, 0 M$ ‍
$[{CO}_{2} (g)] = [H_{2} (g)] = 15 M$ ‍

$Q$ ‍'yu hesaplamak için dengelenmiş tepkimeyi kullanarak denklemi yazabilir ve sonra da verilen konsantrasyonları kullanabiliriz.

$Q = \frac{[{CO}_{2} (g)] [H_{2} (g)]}{[CO (g)] [H_{2} O (g)]} = \frac{(15 M) (15 M)}{(1, 0 M) (1, 0 M)} = 225$ ‍

$Q$ ‍ ile $K$ ‍'yi karşılaştırırsak, $Q > K$ ‍ olduğunu görebiliriz. Bu, bize denge durumuna kıyasla daha fazla ürünümüz olduğunu ve ters tepkime yönünün tercih edileceğini gösterir.

$Q$ ‍ ve $K$ ‍ değerlerimizle sayı doğrumuzu çizersek, şöyle bir şey elde ederiz:

$Q$ ‍'nun elimizdekilerin çoğunun ürün olduğu bölgenin yakınında olduğunu görebiliriz, bu da $K$ ‍'nin sağındadır. Tepkime, $K$ ‍'ye yaklaşacak şekilde düzenleme yapacağından, bu hareket yönü için bir ok çizebiliriz. Bu ok $Q$ ‍'dan başlar ve $K$ ‍'ye ve elimizdekilerin çoğunun tepkimeye giren madde olduğu bölgeye doğru ilerler. Bu, tepkimemizin daha fazla tepkimeye giren madde elde etmek ve fazla ürünleri tüketmek için ters tepkime yönünü tercih edeceği anlamına gelir.

Görebildiğiniz gibi, iki yöntemle de aynı cevaba ulaşırız; bu sebeple, siz kendiniz için en uygun olanın hangisi olduğunu düşünüyorsanız, onu kullanın!

Özet

Tepkime katsayısı $Q$ ‍'yu denge katsayısı $K$ ‍ ile karşılaştırarak, bir tepkimenin dengeye ulaşmak için ne yapması gerektiğini kestirebiliriz. Ayrıca, $Q$ ‍'nun başka kimya konuları ve denklemlerinde ortaya çıktığını da görebilirsiniz; çünkü denge durumu söz konusu olmadığında, çeşitli termodinamik niceliklerinin nasıl değiştikleri ayrı bir merak konusudur. Daha fazlası için bizi izlemeye devam edin!!

Özellikler

Bu makale aşağıdaki makaleden uyarlanmıştır:

"Tepkime Katsayısı" UC Davis ChemWiki, CC-BY-NC-SA 3.0

Değiştirilmiş makale CC-BY-NC-SA 4.0 lisansıyla lisanslanmıştır.