ما هو الاتزان الكيميائي

ما هو التوازن الكيميائي هذا السؤال من الأسئلة التي تقف في طريق الكيميائيين أو طلاب هذا الموضوع في الأوراق البحثية أو الكتب المدرسية. لطالما اعتمد فهم تفاعلات التوازن هذه على فحص تجارب معينة ، وهذا هو النهج الذي اتبعه الكيميائيون الأوائل مثل جابر بن حيان ، أشهر كيميائي عربي في العالم ومعلمهم. ستتيح المقالة في موقعنا معرفة المزيد عن التوازن الكيميائي بالمعادلات والتجارب المعملية مع ذكر شروطه وأنواعه وخصائصه وكل ما يتعلق بهذا الموضوع حسب ما يهم قراءنا الأعزاء.

ما هو الاتزان الكيميائي

تتكون المركبات الكيميائية بشكل عام من عنصرين ، وهما المواد المتضمنة في التفاعل من ناحية ، والمواد الناتجة عن التفاعل من ناحية أخرى ، في حالات التجميع والتحلل ، وعندما تكون المواد المتفاعلة والمنتجات في الأمام عملية التجميع تساوي تمامًا معدل المواد المتفاعلة والمنتجات في عملية التحلل العكسي ، وقد وصل التفاعل إلى حالة التوازن ، مما يعني أن التوازن الكيميائي هو حالة نظام يكون فيه معدل التفاعل الأمامي مساويًا لمعدل الانعكاس التفاعل مع تركيز المواد المتفاعلة والمنتجات التي تظل دون تغيير بمرور الوقت. للتوضيح ، من السهل دراسة تفاعلات الطور الغازي خاصة كأمثلة للتوازن ، وقد أخذنا تفاعل غاز الهيدروجين واليود لتكوين يوديد الهيدروجين وفقًا للتفاعل التالي: H2 (ز) + I2 (ز) ⇌2HI (ز)

• سيحدث التفاعل الأمامي ، وهو تفاعل الإضافة ، وفقًا للمعادلة التالية:

(H2 (g) + I2 (g) → 2HI (g

• بينما يحدث التفاعل العكسي ، أي تفاعل التحلل ، وفقًا للمعادلة التالية:

(2HI (g) → H2 (g) + I2 (g) في كلتا الحالتين ، تكون معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية متساوية ، مما يعني أنها متوازنة كيميائيًا. في شكل أبسط ، يتحقق التوازن الكيميائي إذا بدأ التفاعل مع جميع المواد المتفاعلة وتتراكم لتشكيل المنتجات ، أو يتم تكسير جميع المنتجات حتى تتشكل المواد المتفاعلة ، فإن موضع التوازن هو خاصية للتفاعل ثنائي الاتجاه ولا يعتمد على كيفية تحقيق التوازن.

اقرأ أيضًا: عندما يتحد عنصران ، يتم تكوين مركب تختلف خصائصه عن خصائص العناصر المكونة له

أنواع الاتزان الكيميائي 

تنطبق معظم القواعد المتعلقة بالتوازن الكيميائي على أي موقف تحدث فيه هذه العملية في شكلها العكسي ، والذي ذكرناه سابقًا ، وبالتالي تنطبق هذه القواعد على أنواع أخرى من التوازن ، والتي تشمل التوازن المتجانس والتوازن غير المتجانس:

الاتزان المتجانس

وهو ما يسمى أيضًا بتوازن الطور ويحدث عندما تكون المادة الناتجة والعملية في حالة توازن بين مادتين مشابهتين للحالة الفيزيائية ، وفي شكل أبسط يسمى تفاعلات التوازن حيث تكون جميع المواد المتفاعلة والمنتجات في نفس المرحلة مثل تفاعلات التوازن المتجانسة وتنقسم إلى فئتين:

• عدد جزيئات المنتج يساوي عدد جزيئات المتفاعلة. مثلا:

H2 (ز) + I2 (ز) ⇌2HI (ز)

• عدد جزيئات المواد الناتجة لا يساوي عدد جزيئات المواد المشاركة في التفاعل ، مثل:

(2SO 2 (ز) + O 2 (ز) ⇌ 2SO 3 (ز).

الاتزان الغير متجانس

يطلق عليه أيضًا توازن المحلول ويحدث عندما يكون المتفاعل والمنتج في حالة توازن بين حالتين مختلفتين ، مثل تفاعل مادة صلبة في محلول مشبع ، وفي شكل أبسط ، تفاعلات التوازن التي توجد فيها المواد المتفاعلة والمنتجات في مختلف تسمى المراحل تفاعلات التوازن غير المتجانسة ، على سبيل المثال تفكك كربونات الكالسيوم الصلبة لإعطاء أكسيد الكالسيوم الصلب وثاني أكسيد الكربون الغازي وفقًا للمعادلة التالية: CaCO 3 (S) ⇌ CaO (s) + CO 2 (g

قانون الاتزان الكيميائي

يُعرَّف ثابت التوازن بأنه ناتج التركيز المولي للمنتجات التي تم إحضارها إلى القوة المساوية لمعاملاتها المتكافئة بواسطة ناتج التراكيز المولية للمواد المتفاعلة التي تم إحضارها إلى القوة التي تساوي معاملاتها المتكافئة باعتبارها ثابتًا عند a ثابت درجة الحرارة ، ويمكن التعبير عنه ببساطة على أنه ثابت توازنه من حيث الضغوط الجزئية للمواد المتفاعلة والنواتج ، وإذا تم التعبير عنه من حيث الضغط الجزئي ، فيتم الإشارة إليه بواسطة Kp ، وإذا كان K c هو ثابت التوازن المعبر عنه في المولي التركيزات ، فالمعادلة هي:

ك ج = [C] ضد · [D] د/ [A] أ · [B] ب هذا هو قانون التوازن الكيميائي.

ثابت الاتزان Kp

يشكل قانون العمل الجماعي أيضًا أساسًا لأن معدل التفاعل الكيميائي يتناسب طرديًا مع ناتج تركيزات المواد المتفاعلة التي تم رفعها إلى معاملاتها المتكافئة وفقًا للقانون التالي:

(aA (g) + bB (g) ⇔ cC (g) + dD (g).

• وبالتالي ، فإن معدل التفاعل الآجل هو:

ك + [A] أ [B] ب

• ومعدل التفاعل المتأخر أو العكسي:

ك- [C] ضد [D] د

• وبالتالي ، فإن الصيغ الثابتة للوحدات والتوازن هي:
  • [A] و [B] و [C] و [D] هي الكتل النشطة.
  • k + و k – ثوابت معدل للتفاعلات الأمامية والعكسية.
  • أ ، ب ، ج ، د هي معاملات القياس المتكافئ المرتبطة على التوالي بـ A و B و C و D.

يشير هذا إلى أن المعدلات الآجلة والعكسية متساوية

مبدأ لو شاتيليه

يعتمد هذا المبدأ على ملاحظة تتعلق بتفاعلات التوازن الكيميائي والتي تنص على أن متغيرات درجة الحرارة أو الضغط وما إلى ذلك. سيؤدي إلى تغييرات متوقعة ومعاكسة في النظام من أجل الوصول إلى حالة توازن جديدة ، ويمكن استخدام هذا المبدأ عمليًا لفهم ظروف التفاعل التي ستفضل زيادة في تكوين المنتج ، وهذه الفكرة كانت تم اكتشافها وصياغتها بشكل مستقل من قبل العلماء Le Châtelet و Henri Louis وكذلك Carl Ferdinand Braun باستخدام المصطلحات التالية:

• نظرية الاصطدام: حيث ترتبط الاصطدامات بين الجسيمات بمعدل التفاعل بينما يعتمد معدل التفاعل على عوامل مثل التركيز ومساحة السطح ودرجة الحرارة والإثارة ووجود محفز أو مثبط.
• التوازن: حالة من التفاعل تكون فيها معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية متساوية.

العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي 

وفقًا لمبدأ Le Chatelier ، الذي ينص على أنه إذا تعرض نظام في التوازن لتغيير في الضغط أو درجة الحرارة أو التركيز ، فإن التوازن يتحول نحو مزيد من الخفض ، وكذلك لمواجهة تأثير التغيير. الميزان ، وفيما يلي نذكر هذه العوامل كل على حدة ، ونوسع شرحه لتبسيط فهمه.

تأثير تغيير الضغط

بشكل عام ، لا يوجد تأثير للضغط إذا كان عدد مولات الغاز المتفاعل والمنتجات متساوية ، ولكنه يختلف فيما يتعلق بالعدد الإجمالي لمولات الغاز المتفاعل والعدد الإجمالي لمولات المنتجات الغازية ، وهكذا إذا كان إجمالي عدد مولات المنتجات أكبر من إجمالي عدد مولات المواد المتفاعلة ، كما أن الضغط المنخفض سيفضل أيضًا التفاعل الأمامي ، بينما إذا كان عدد مولات المواد المتفاعلة أكبر من عدد المنتجات ، يكون الضغط الأعلى أكثر ملاءمة لرد الفعل إلى الأمام.

تأثير تغيير التركيز

نظرًا لأن إضافة متفاعل إضافي إلى النظام سيؤدي إلى تحول التوازن نحو جانب المنتجات ، وينطبق الشيء نفسه إذا تم تقليل تركيز المنتج ، سيؤدي ذلك إلى تحويل التوازن نحو جانب المنتج ، والعكس صحيح أيضًا. التركيز أو درجة الحرارة أو الضغط ، سيتحول النظام بشكل طبيعي إلى إعادة التوازن بعد التغيير.

تأثير تغير درجة الحرارة

يتغير التوازن في الاتجاه المعاكس عندما يكون هناك تغيير في نظام درجة الحرارة المتزايدة أو المتناقصة وهذا ينطبق بشكل عام من أجل تحييد التغيير الفعلي في تفاعل طارد للحرارة ، حيث تؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى إبطاء التفاعل الذي نستخدم المحفز من أجله ، بينما في حالة حدوث تفاعل ماص للحرارة ، تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تحويل التوازن في اتجاه التفاعل الماص للحرارة.

تأثير عامل محفز أو إضافة الغاز الخامل

بشكل عام ، لا يكون للمحفز أي تأثير على تركيبة التوازن لخليط التفاعل ، حيث أن المحفز يزيد من معدل التفاعلات الأمامية والعكسية بنفس القدر في التفاعل القابل للانعكاس ، وإضافة غاز خامل مع بقاء الحجم ثابتًا لا يسبب أي تأثير على التوازن ، لأن إضافة غاز خامل عند حجم ثابت لا يغير الضغط الجزئي ولا التركيز المولي.

العوامل الغير مؤثرة في التوازن الكيميائي 

فيما يلي بعض العوامل التي لا تؤثر على التوازن:

• تركيزات المواد الصلبة لأنها ثابتة.
• تركيز H2O عند وجود المحاليل المخففة ، لأنه ثابت تقريبًا لجميع المقاصد والأغراض.
• يمكن أن يعيدك وجود محفز إلى التوازن بشكل أسرع ، لكنك لن تؤثر على وضع التوازن لديك.
• إضافة غاز خامل إلى خليط غاز متوازن بشرط أن يظل الحجم ثابتًا ، ثم يمكن أن يتسبب الضغط الكلي في ارتفاع بينما يظل الضغط الجزئي لكل غاز ثابتًا.
• في حالة توازن الطور مثل بخار السائل ، لا يغير سطح السائل ضغط البخار ، بينما يمكن أن يؤثر على معدل الوصول إلى التوازن.
• في حالة توازن البخار السائل ، لا يهم حجم الحاوية طالما لديك سائل كافٍ للوصول إلى التوازن.

خواص الاتزان الكيميائي 

في ضوء دراستنا لقانون التوازن الكيميائي وتعريفه ، سنستخرج بعض خصائص التوازن الكيميائي ، وهي كالتالي:

• سيكون التفاعل الكيميائي المتوازن قابلاً للانعكاس حتمًا.
• لا يمكن تحقيق التوازن إلا في نظام مغلق لأن التفاعل يحدث في وعاء.
• تحدث العمليات الأمامية والخلفية المعاكسة في …