عوامل الاتزان الكيميائي

كتابة روان صلاح آخر تحديث: 30 أكتوبر 2020 , 12:35

عوامل الاتزان الكيميائي

التفاعل الكيميائي يصعب تحديده في مصطلح واحد، إذ أنه في كل يوم يكتشف العلماء مجموعة جديدة من الأدلة الخاصة به، حيث إن الاتزان الكيميائي هو وصول النظام الكيميائي إلى الحالة التي يكون فيها متوازن وثابت، وهو ما يعني عدم حدوث أي نوع من التغييرات في التفاعلات الخاصة بالنظام الكيميائي، أو مستوى تركيز المواد الخارجة والداخلة من التفاعل، كما أن وصول النظام إلى وضع يكون فيه متوازن ميكانيكيًا يعني أن سرعة المواد المتفاعلة قد تساوت في النظام مع سرعة المواد الناتجة، ولكن هذا لا يدل على أن سرعة التفاعل قد وصلت إلى الصفر، ومن أكثر ما فسر فكرة ذلك الاتزان هو نص (لوشاتلييه)، والذي ينص على أنه “إذا تعرض نظام في حالة اتزان إلى تغير ما فإن النظام يسير في الاتّجاه المضادّ لهذا التغيّر بحيث يمتصّه أو يقلّل من أثره ويؤسّس حالة اتّزان مره أخرى”، وهو ما وضح العوامل التي تؤثر في التوازن الكيميائي والتي بدون أحدها يمكن أن يحدث خلل فيه، ومن تلك العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي نجد الآتي:

درجة الحرارة

عندما يتم رفع درجة الحرارة في التفاعلات التي تمتص الحرارة، فإن ذلك يوجه التفاعل إلى الجهة الماصة للحرارة في التفاعلات التي يمتص فيها التفاعل الأمامي الحرارة، وهو ما يزيد من قيمة ثابت الاتزان، بينما في التفاعلات التي يطرد فيها التفاعل الأمامي الحرارة، يكون رفع درجة الحرارة يقلل من ثابت الاتزان، مما يؤدي إلى التأثير على سرعة التفاعل، وذلك نتيجة عملها على زيادة عدد التصادمات، وهو ما يصل إلى زيادة الطاقة الخاصة بتصادم المواد المتفاعلة معًا.

التركيز

إن زيادة التركيز في واحدة من المواد الناتجة أو المتفاعلة لن تقوم بالتأثير على قيمة ثابت الاتزان، ولكن إذا ازداد تركيز إحدى المواد المتفاعلة سوف ينتج عنه نقص في تركيز غيرها من المواد، مما يؤدي إلى زيادة تركيز المواد التي تنتج عنه، وهذا يعني أنه تبعًا لقاعدة (لوشاتلييه)، فإن التفاعل سوف يتجه ناحية اليمين، وهذا حتى يقوم بزيادة تركيز واحدة من المواد المتفاعلة.

المواد المحفزة

إضافة أي نوع من المواد المحفزة لا يقوم بالتأثير على موضع الاتزان، كما أنه لا يؤدي إلى التأثير على درجة الحرارة الخاصة بالتفاعل.

الضغط

يقوم الضغط بالتأثير على وضع الاتزان، كما يؤثر على قيمة ثابت الاتزان، حيث إن التفاعلات التي تُنتج غاز يتجه التفاعل فيها إلى أن يقل فيه حجم النظام، بينما بالنسبة للتفاعلات التي تتم في المحلول فهي لا يؤثر فيها الضغط كثيرًا.

إضافة غاز خامل

إضافة نوع من الغاز الخامل إلى التفاعل لا يقوم بالتأثير على موضع الاتزان، ولكنه يعمل على ازدياد الضغط الكلي الذي يوجد داخل النظام الكيميائي.

أنواع الاتزان الكيميائي

يتم حدوث الاتزان الكيميائي في التفاعلات الكيميائية عندما يثبُت الضغط ودرجة الحرارة، إذ يتناسب معدل التفاعل الكيميائي بطريقة طردية مع نسب تركيز المواد التي تتفاعل مقارنة مع مستوى تركيز المواد التي تنتج عنه، إذ يحدث ازدياد في تركيز المواد التي تنتج، بالإضافة إلى حدوث نقص في تركيز المواد التي تتفاعل مع مرور الوقت، مما يدل على زيادة التفاعل العكسي، بينما بالنسبة للتفاعل الأمامي فهو ينقص في ذات الوقت، وبذلك تكون سرعة التفاعلات العكسية والأمامية متساوية، كما أن أنواع التوازن الكيميائي اثنين، وفي التالي النقاط التي توضح انواع التوزان الكيميائي: [1]

  • الاتزان المتجانس: يتم حدوث الاتزان المتجانس حينما تصبح المواد المتفاعلة متواجدة في نفس الحالة مع المواد الناتجة.
  • الاتزان غير المتجانس: يتم الاتزان غير المتجانس حينما تكون المواد المتفاعلة في حالات مختلفة عن المواد الناتجة.

قوانين الاتزان الكيميائي

يدل التوازن الكيميائي على الحالة التي لا تميل فيها المواد المتفاعلة والمنتجات التي توجد في التركيز إلى التغير مع الوقت الذي يتم فيه التفاعل الكيميائي، كما يحقق ذلك التفاعل التوازن حينما يكون معدل التفاعل الأمامي والعكسي متساويًا، بالإضافة إلى أن المعدلات متساوية ولا يتم تغيير صاف في تركيزات المواد التي تتفاعل و التي تنتج، إلى جانب أن تلك الحالة تعرف بأنها توازن ديناميكي، وأيضًا يسمى ثابت المعدل (ثابت التوازن)، وكذلك للاتزان الكيميائي قوانين تتضح في الآتي: [2]

  • يشير قانون التوازن الكيميائي إلى أنه عند وجود درجة حرارة معينة، تكون حينها قيمة تعبير كتلة الفعل (Q)، تتفاعل بطريقة محددة عند التوازن الثابت.
  • تسمى تلك القيمة الثابتة (ثابت التوازن) ويرمز لها بالرمز (K).
  • عند حساب التوازن يكون هكذا: Q= ثابت= K.
  • تسمى العلاقة Q = K باسم شرط التوازن.
  • في ما له علاقة بالأنظمة المتجانسة في الطور الغازي أو بالنسبة للمحاليل المائية، فإن التعبير عن (K) هو ذاته تعبير عن كتلة الفعل.
  • أما عن الأنظمة غير المتجانسة فهي يوجد فيها مادة سائلة أو صلبة، فيتم التعبير (K) هو عبارة عن نسخة مبسطة من التعبير عن الحركة الجماعية.

خواص الاتزان الكيميائي

يدل التوازن الكيميائي على خليط نهائي للتفاعل الكيميائي، إذ تتغير المنتجات والمواد المتفاعلة، ومن بعدها يتم تحويل المواد المتفاعلة إلى منتجات، كما أنه هناك اعتقاد عام بأن كافة التفاعلات الكيميائية تصل إلى نهايتها، ولكنه لا يكون صحيحًا في كافة الحالات، حيث تستمر العديد منها حتى حد معين فقط، بمعنى أن المواد المتفاعلة جميعها لا يتم تحويلها إلى منتجات، وبعد مرور فترة من الوقت يصبح النظام في حالة من التوازن، حيث إن التوازن الكيميائي له مجموعة من الخصائص، وبعضها في التالي: [3]

  • يتم التوازن في التفاعلات حينما تكون التفاعلات العكسية والأمامية حادثة بنفس المعدل.
  • نسبة الضغوطات الجزئية، بالإضافة إلى التركيزات الثابتة من حيث الضغوط أصبحت لا تتغير.
  • رد الفعل يظل مستمر، ولكن النسبة تبقى على حالها، والتي يسهل الوصول إليها من جميع الاتجاهات.
  • يتغير ثابت التوازن فقط عند تغير درجة الحرارة، ويكون كما تصل هي، وليس يتغير تبعًا لآلية التفاعل.
  • القيمة التي تتحدد على أساس المعاملات في المعادلة الكيميائية تكون أكبر من 1 في حالة التوازن تجاه المنتج، بينما تكون أقل من 1 في حالة التوازن نحو الجانب المتفاعل.
  • أي تفاعل ثابت يتساوى مع مقلوب ثابت للتفاعل العكسي.
  • حينما يتم ضرب الثوابت معًا من أجل الحصول على تفاعلات صافية يتم من خلال أكثر من خطوتين.
  • لا يتضمن الثبات كلًا من السوائل النقية، المواد الصلبة النقية، أو المذيبات في الحصول على الثبات.
الوسوم
زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق