Le Chatelier Prensibi

Le Chatelier Prensibi'nden bahsetmeden önce biraz Le Chatelier'i tanıyalım.

Fransız kimyacısı ve maden bilim adamıdır. Aynı zamanda mühendis Louis Le Chatelier’nin oğludur. Birincilikle girdiği Ficole Polytechnique’i gene birincilikle bitirerek, maden mühendisi oldu. Kimya üstüne araştırmalar yaptı ve kimya dersleri verdi. Ecole Polytechnique’te belletici, Maden okulunda Sınaî kimya profesörü oldu ve 1898’de College de France’da maden kimyası kürsüsünün başına geçti. Patlayıcı karışımları, özellikle grizuyu inceledi ve kömür madenlerine mahsus emniyetli patlayıcıları buldu; ilk olarak infilâk dalgasının fotoğrafla kaydını yaptı. 1886’da yüksek sıcaklıkların ölçülmesi için termoelektrik platin ve radyumlu veya iridyumlu platin çiftini kullandı. Yeni metotların kullanılması sayesinde, metallerin ve alaşımların bünyesini, ilk olarak bilimsel bir şekilde inceledi; ısı yoluyla analizi ve mikroskopik metalografiyi buldu. 1901’de amonyağın sentez yolu ile elde edilme şartlarını araştırdı ve bunun sanayide de elde edilebileceğini gösterdi. Seramik üzerine araştırmalar yaptı ve çimentolar hakkında ilk bilimsel bilgileri elde etti.

Kendi adını verdiği 'Le Chatelier Prensibi'ni buldu. Bu kural, çok geniş bir uygulama alanı bulmuş, kimyasal ve fiziksel süreçlerin tamamlanmasına yardımcı olmuştur.

Henry Louis Le Chatelier ve Karl Ferdinand bu ilkeyi birbirlerinden bağımsız olarak bulmuştur. Bu yüzden Le Chatelier-Braun Prensibi olarak da bilinir.

Le Chatelier Prensibi

Dengede bulunan sistemlere dışarıdan bir etki yapılmadığı sürece denge bozulmaz. Dışarıdan yapılan etkilerin dengede ne gibi değişim yaratacağı, Le Chatelier Prensibi (İlkesi) ile belirlenir. Bu prensibe etki tepki ilkesi de denir. Bu ilke kısaca şöyle özetlenir: 'Dengedeki bir sisteme dışarıdan bir etki yapıldığında, sistem bu etkiyi azaltacak yönde tepki gösterir.'

Le Chatelier Prensibi günlük hayatta oldukça karşımıza çıkan bir durumdur. Le Chatelier Prensibinin en tipik örneği, kullandığımız bisikletlerdir. Bisiklet sürerken dengemizin bozulduğu yönün tersine doğru ayaklarımızı hareket ettirmemiz bunun en güzel örneğidir.

Dışarıdan yapılan etkiler, sistem tarafından yapılacak değişimle tamamen yok edilemez, ancak bir miktar azaltılabilir.
Denge konumunda ileri ve geri tepkime hızları birbirine eşit olduğuna göre, hıza etki eden etmenler dengeyi de etkiler.

Dengeye etki eden etmenler şunlardır:

1. Derişim (konsantrasyon) değişiminin etkisi

2. Basınç-hacim değişiminin etkisi

3. Sıcaklık değişiminin etkisi

4. Katalizörün Etkisi

1) Konsantrasyon Etkisi

Denge halinde tepkimede yer alan derişimleri sabittir. Dışardan madde ekleyerek ya da dengedeki maddelerden birini sistemden uzaklaştırarak maddelerin derişimleri değiştirilirse, sistem bu etkiyi azaltacak yönde davranış gösterir.

Eğer dengedeki bir sisteme girenlerden madde eklenmesi (ya da ürünlerden birinin ortamdan uzaklaştırılması) ile rahatsız edilirse, Le Chatelier ilkesi dengenin sağa kayacağını tahmin eder. Sağa kayarken eklenen maddenin bir kısmını kullanılacak (ya da uzaklaştıran ürünün yerine bir miktar yenisi üretilecek), ve bu yüzden dengeyi bozan etki azaltılacaktır.
Benzer şekilde, denge tepkenlerden birinin ortamdan uzaklaştırılmasıyla bozuluyorsa (ya da ürün eklenmesiyle), Le Chatelier ilkesi dengenin sola kayacağını tahmin eder. Sola kayarken uzaklaştırılan maddenin bir kısmı üretilecek (ya da eklenen ürünün bir kısmı harcanacak), ve böylece dengeyi bozan etki azaltılmış olacaktır.

Aynı sonuca Q ve K değerlerini düşünerek de varabiliriz. Denge bozulduğunda, tepkime bölümü (quotient) Q değişecek ve artık K ya eşit olmayacaktır. Eğer denge bozulduktan sonraki Q değeri K dan büyükse, tepkime tekrar Q değerini K ya eşitleyinceye kadar ters yöne (girenler yönünde) kayar. Tam tersi, eğer denge bozulduktan sonraki Q değeri K dan küçükse, tepkime tekrar Q değerini K ya eşitleyinceye kadar ileriye (ürünler yönünde) kayar. Her iki durumda da, Q = K olduğu zaman değişim durur.

Uyarı: Katıların derişimleri sabit olduğundan ve Q ve K tanımlarında gösterilmediğinden bir miktar katının eklenmesi veya uzaklaştırılması dengede kaymalara sebep olmaz.

Örneğin;

Tepkimesinde, sistem belirli sıcaklıkta dengede iken bir miktar N₂veya H₂ ilâve edilirse denge bozulur. Sistem bu etkileri azaltacak yönde davranış gösterir. Tepkime ürünler yönüne daha hızlı ilerler.
Eğer NH₃derişimi artırılırsa, sistem bu kez NH₃'ın derişimini azaltmak için girenler yönünde daha hızlı ilerler.

2) Basınç-Hacim Değişiminin Etkisi

Daha önceki konularda gazların basıncının hacim ile ters orantılı olarak değiştiğini öğrenmiştik.
Dengede bulunan bir gaz tepkimesinde sabit sıcaklıkta kabın hacmi azaltılırsa, toplam basınç artar ve Δn ≠ 0 ise sistemde denge bozulur. Sistem, tekrar dengeye gelmek için, tepki olarak gaz basıncını azaltacak yönde yani gazların katsayılarının toplamının az olduğu yönde ilerler.
Sistem dengede iken kabın hacmi artırılırsa toplam gaz basıncı azalır, basıncı artırmak için sistem gazların katsayılarının toplamının fazla olduğu yönde ilerler.
Eğer bir tepkime kabının hacmi düşürülürse, kapta bulunan bütün gazların kısmi basınçları, dolayısıyla toplam basınç artar. Le Chatelier ilkesine göre, tepkime dış etkiyi azaltacağından toplam basıncı azaltacak şekilde davranır. Bunu yapmak için denge gazların toplam mol sayılarının daha az olduğu yöne kayar.
Benzer şekilde, eğer tepkime kabının hacmi artırılırsa, toplam basınç azalır ve denge gazların toplam mol sayısının daha fazla olduğu yöne kayar.
Her iki durum için de, eğer eşitliğin her iki taraftaki gazların mol sayıları eşit ise, kabın hacmindeki değişimin denge üzerine etkisi olmaz.

Örneğin;

tepkimesini inceleyelim.

3) Sıcaklık Değişiminin Dengeye Etkisi

Denge sabiti K nin değeri yalnızca sıcaklıkla değişir. Bu nedenle dengedeki bir sistemin sıcaklığı değiştirildiğinde, K denge sabiti ve denge konumu değişir.
Sıcaklık etkisi tepkimenin ekzotermik veya endotermik olmasına göre, dengeyi farklı yönlerde etkiler. Ancak genel ilke; sıcaklık artışı dengeyi endotermik, sıcaklığın azalması dengeyi ekzotermik yöne kaydırır.

a) Endotermik Tepkimelerde;

Eğer bir tepkime endotermik ise (DH > 0), ileri tepkimede ısı soğurulur, geri tepkimede ise ısı açığa çıkar; yani endotermik tepkimelerde ısı bir giren gibi davranır. Sıcaklığın artmasıyla (ısı eklenmesi) tepkime ürünlere yönelir, çünkü ısıyı soğuran taraf ürünlerin tarafıdır ve böylece dengeyi bozan etki azaltılmış olur.
Benzer şekilde, endotermik bir tepkimenin sıcaklığını düşürdüğümüz zaman tepkime ürünlere yönelir.

b) Ekzotermik Tepkimelerde;

Ekzotermik tepkimeler (DH < 0) ileri tepkime yönünde ısı açığa çıkarırlar, ve ters yönde ısı soğurular; dolayısıyla ekzotermik tepkimelerde ısı bir ürün gibi davranır. Sıcaklığın artırılması tepkimeyi ürünlere kaydırır çünkü ısıyı soğuran ve böylelikle dengeyi bozan etkiyi azaltan taraf girenlerdir.
Bunun tam tersi, sıcaklığı düşürmek tepkimeyi ürünlere yöneltir.

4) Katalizör Kullanımının Dengeye Etkisi

Bir kimyasal tepkimeye katalizör eklendiğininde, ileri ve geri tepkimelerin aktifleşme enerjisi aynı miktarda düşer. Dolayısıyla ileri ve geri tepkimelerin hızları artar.
Katalizör eklenmesi kimyasal dengeye ve denge sabitinin sayısal değerine etki etmez. Yalnız tersinir tepkimelerde sistemin daha çabuk dengeye ulaşmasını sağlar.

Le Chatelier Prensibiyle Açıklanabilen Bazı Konular

Sıcak su içmenin bedenin doğal serinletme sistemini çalıştırması
Kemik erimesi ilaçlarının kemik erimesi hastalığı yapması
Şeker düşürücü ilaçların şeker hastalığı yapması
Kan vermenin vücudumuzdaki kan miktarını artırması
Kan yapıcı ilaçların kansızlık yapması
Antiasit ilaçların mide asidinin artırması
Astım ilaçlarının astımı kronikleştirmesi.
Tansiyon ilaçlarının tansiyonu kronikleştirmesi
Ağrı kesicilerin ağrıyı müzminleştirmesi
Depresyon ilaçlarının depresyonu artırması
Mutlu olmak niyetiyle alınan 'esctays' hapının insanı mutsuz etmesi

Kısacası; Le Chatelier Prensibi, daha çok kimya alanında kullanılsa da aslında birçok alanda karşımıza çıkar.
Sosyal olaylarda insan toplulukların yönetiminde, ekonomide arz-talep dengesinde, insan vücudunda gerçekleşen olaylarda, savunma mekanizmalarında, Dünya'da yeni insanların doğması ve belirli süre yaşayan insanların ölmesi, böylece birçok dengenin korunması gibi aklımıza gelebilecek her olayda Le Chatelier Prensibinden faydalanırız.