العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي
الاتزان الكيميائي هو حالة ديناميكية في التفاعلات الكيميائية حيث يتساوى فيها معدل التفاعل الأمامي ومعدل التفاعل العكسي. أي أن المواد المتفاعلة والنواتج تستمر في التحول من بعضها إلى بعض بمعدلات متساوية، مما يؤدي إلى ثبات تركيز كل منها.
هناك عدة عوامل تؤثر على هذا الاتزان، وهي:
1. التغيرات في التركيز:
- زيادة تركيز المتفاعلات: يؤدي إلى تحول التفاعل نحو النواتج لتعويض النقص في المتفاعلات، أي يزداد معدل التفاعل الأمامي.
- زيادة تركيز النواتج: يؤدي إلى تحول التفاعل نحو المتفاعلات لتعويض الزيادة في النواتج، أي يزداد معدل التفاعل العكسي.
2. التغيرات في الضغط:
- زيادة الضغط: يؤثر هذا العامل بشكل رئيسي على التفاعلات التي تشمل غازات. زيادة الضغط تدفع التفاعل نحو الجانب الذي يحتوي على عدد أقل من مولات الغاز.
- نقصان الضغط: يدفع التفاعل نحو الجانب الذي يحتوي على عدد أكبر من مولات الغاز.
3. التغيرات في درجة الحرارة:
- التفاعلات الطاردة للحرارة: إذا زادت درجة الحرارة، فإن التفاعل يتحرك في الاتجاه الذي يمتص الحرارة، أي نحو المتفاعلات. والعكس صحيح إذا قلت درجة الحرارة.
- التفاعلات الماصة للحرارة: إذا زادت درجة الحرارة، فإن التفاعل يتحرك في الاتجاه الذي يطلق الحرارة، أي نحو النواتج. والعكس صحيح إذا قلت درجة الحرارة.
4. إضافة عامل حفاز:
- العامل الحفاز يزيد من سرعة التفاعل الأمامي والعكسي بنفس المقدار، وبالتالي يصل التفاعل إلى حالة الاتزان بشكل أسرع، ولكنه لا يؤثر على موضع الاتزان.
مبدأ لوشاتلييه: يشرح هذا المبدأ تأثير التغيرات الخارجية على الاتزان الكيميائي، حيث ينص على أنه إذا أُحدث تغير في أحد العوامل المؤثرة على نظام في حالة اتزان، فإن النظام يميل إلى التغير بطريقة تعمل على تقليل تأثير هذا التغيير.
مثال: التفاعل التالي: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) (تفاعل إنتاج الأمونيا)
- زيادة تركيز النيتروجين (N₂) أو الهيدروجين (H₂): يتحرك التفاعل نحو اليمين (إنتاج الأمونيا) لتعويض النقص في المتفاعلات.
- زيادة الضغط: يتحرك التفاعل نحو اليمين (إنتاج الأمونيا) لأن هناك عدد أقل من مولات الغاز في النواتج.
- زيادة درجة الحرارة: يتحرك التفاعل نحو اليسار (تكوين النيتروجين والهيدروجين) لأن التفاعل طارد للحرارة.
ملحوظة:
- ثابت الاتزان (Kc): هو قيمة ثابتة عند درجة حرارة معينة، ويربط بين تركيزات المواد المتفاعلة والنواتج في حالة الاتزان.
- مخطط ICE: يستخدم لحساب تركيزات المواد المتفاعلة والنواتج في حالة الاتزان بعد حدوث تغييرات في النظام.
لماذا ندرس الاتزان الكيميائي؟
- صناعة المواد الكيميائية: لفهم كيفية التحكم في التفاعلات الكيميائية وتحسين إنتاجية العمليات الصناعية.
- البيئة: لفهم التفاعلات الكيميائية التي تحدث في البيئة وكيفية تأثير التغيرات عليها.
- الأبحاث العلمية: لفهم العمليات الكيميائية الأساسية في الطبيعة.
