محتويات
تعريف ثابت الاتزان
ثابت الاتزان هو رقم يعبر عن العلاقة بين كميات النواتج والمواد المتفاعلة الموجودة عند التوازن في تفاعل كيميائي عكسي عند درجة حرارة معينة وكل من المواد الناتجة والمتفاعلة مرفوع لقوة المعامل التكافئي الخاص به. [1]
يستخدم ثابت الاتزان من اجل معرفة إذا كان التفاعل يميل نحو المواد المتفاعلة أو الناتجة، ويستخدم في تحديد موضع الاتزان في التفاعل.
- إذا كانت نسبة K > 1، فإن التوازن يميل نحو اليمين، هذا يعني أن التفاعل الكيميائي يميل نحو تكوين النواتج
- إذا كان K < 1، فإن موضع التوازن يميل نحو اليسار، هذا يعني أن تكوين المواد المتفاعلة هو الراجح في هذا التفاعل.
- أما اذا كانت K = 1، هذا يعني أن التوازن يقع في المنتصف، ولا يميل نحو المواد المنتجة ولا المتفاعلة. [2]
إن قيمة ثابت الاتزان لا تعطي فكرة عن سرعة التفاعل، وإنما تدل على اتجاه التفاعل وعلى اكتماله، واذا كانت قيمة ثابت الاتزان أقل من الوحدة فهذا يعني أن التفاعل يسير في اتجاه التفاعل العكسي. [4]
العوامل المؤثرة على ثابت الاتزان
- درجة الحرارة
- التغير في تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة
- التغير في الضغط
- عوامل الحفز
درجة الحرارة: يتأثر ثابت الاتزان بدرجة الحرارة، لأن قابلية ذوبان المادة يمكن أن تزيد أو تنقص حسب درجة الحرارة، وهذا يعني أن التوازن يمكن أن يتغير مع تغير درجة الحرارة. بزيادة درجة الحرارة، تنخفض قيمة ثابت التوازن[2] [3]
رفع درجة الحرارة يؤدي الى انتقال التفاعل الى الجهة التي يمتص فيها الحرارة، والتفاعلات التي يكون فيها التفاعل الأمامي ماص للحرارة يزيد ثابت الاتزان برفع الحرارة، والعكس صحيح بالنسبة للتفاعلات التي يكون فيها التفاعل الأمامي طارد للحرارة.
تسبب الحرارة زيادة في سرعة وصول التفاعل الى حالة الاتزان لأن رفع الحرارة يزيد التصادمات ويزيد طاقة التصادم للمواد المتفاعلة ويزيد سرعة التفاعل. [4]
التغير في تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة: عند التغير في تراكيز المواد المتفاعلة أو الناتجة، يتغير تركيب المزيج وبالتالي تختلف قيمة ثابت الاتزان. [3]
زيادة تركيز إحدى المواد المتفاعلة أو الناتجة أو نقصانها لن يؤثر على قيمة ثابت الاتزان نظرًا لأن تراكيز المواد الأخرى سوف تتغير بطريقة تجعل قيمة ثابت الاتزان ثابته، لكن وضع الاتزان سوف يتغير بتغير التركيز.
حسب قاعدة لوشاتوليه زيادة تركيز إحدى المواد المتفاعلة يمكن أن يؤدي الى اتجاه التفاعل نحو اليمين (المواد الناتجة) كي يخفف من الجهد وهذا ما يعرف بتأثير الأيون المشترك. [4]
التغير في الضغط: عندما يزيد الضغط، ينتقل التوازن الى جانب التفاعل الذي يحوي مولات قليلة من الغاز. [3]
تأثير الضغط على التفاعلات التي تحدث في المحلول ولا تحوي غاز أو ينتج عنها غاز ضئي للغاية، لأن حجم المحلول لا يتأثر كثيرًا بالضغط.
عوامل الحفز: لها تأثير في سرعة وصول التفاعل الى الاتزان، لكن تأثيرها على معدلي المواد المتفاعلة والناتجة متساوي، لذلك لا تؤثر على قيمة ثابت الاتزان. [4]
طريقة حساب ثابت الاتزان
عند قياس تراكيز المواد المتوازنة، فإن ثابت التوازن k يرمز له بالرمز kc حيث أن الحرف التحتي هو رمز لكلمة تركيز.
يكتب ثابت الاتزان بوحدات وأحيانًا يكتب بدون وحدات، ويعتمد ذلك على عدد المواد الناتجة وعدد المواد المتفاعلة، فإذا كان عدد النواتج مساو لعدد المتفاعلات يكون ثابت الاتزان بدون واحدة، طريقة كتابته بالنسبة للتفاعل الكيميائي هي:
- Aa+ bB↔cC+ dD
- Kc= (C)c (D)d/ (A)a (B)b [5]
تمارين حل مسائل على ثابت الاتزان
التمرين الأول: تفاعلت المادة A مع المادة B ونتج المادة C وفق المعادلة التالية:
- A+ B↔C
- بعد بلوغ التفاعل مرحلة الاتزان كانت تراكيز المواد المختلفة كالتالي:
- A= 2.5× 103 M
- B= 3.3× 10-3 M
- C= 0.03× 10-3 M
احسبي قيمة ثابت الاتزان واعطيه الوحدة المناسبة؟
الإجابة:
- K=C/AB
- K =0.03× 10-3 / 2.5× 103 ×3.3× 10-3
- K= 3.6 mole-1 [4]
التمرين الثاني: وضع العالم هابر وزملائه في احد التجارب التي قاموا بها خليط من الهيدروجين والنتروجين في إناء التفاعل، وحينما وصل النظام الى الاتزان عند درجة الحرارة 427 مئوية، كان التفاعل
- 3H2 (g)+ N2 (g)↔2NH3 (g)
وجد أن تراكيز كل من الهيدروجين والنتروجين والأمونيا هو:
- H2 = 0.1207
- N2 = 0.0402
- NH3= 00272
- احسب ثابت الاتزان
الحل هو:
- 3H2 (g)+ N2 (g)↔2NH3 (g)
- Kc= (C)c (D)d/ (A)a (B)b
- Kc= (NH3)2 / (H2)3 (N2)1
- Kc= (0.00272)2 / (0.1207)3 (0.0402)1
- Kc= 0.105mol-2 . l2
