ما هو الاتزان الكيميائي

ماذا هو التوازن الكيميائي هذا السؤال هو أحد الأسئلة التي تعترض طريق الكيميائيين أو طلاب هذا الموضوع في الأوراق البحثية أو الكتب المدرسية ، وقد اعتمد فهم تفاعلات التوازن هذه دائمًا على النظر إلى بعض التجارب ، وهو النهج الذي اتبعه الكيميائيون الأوائل مثل جابر بن حيان أشهر الكيميائيين والأساتذة العرب في العالم ، وفي هذا المقال عبر موقعنا سنتعرف أكثر على التوازن الكيميائي في المعادلات والتجارب المعملية مع ذكر شروطه وأنواعه وخصائصه وكل ما يتعلق بهذا الموضوع حسب ما يهم قراء موقعنا.

ما هو الاتزان الكيميائي

تتكون المركبات الكيميائية عمومًا من عنصرين ، المواد التي تدخل التفاعل من ناحية والمواد الناتجة عن التفاعل من ناحية أخرى في حالات الإضافة والتحلل ، وعندما تتفاعل المواد والمنتجات في عملية الإضافة الأمامية تساوي تمامًا معدل المواد المتفاعلة والمنتجات في عملية التحلل العكسي ، فقد حقق التفاعل حالة التوازن ، مما يعني أن التوازن الكيميائي هو حالة نظام يكون فيه معدل التفاعل الأمامي مساويًا لمعدل التفاعل العكسي مع تركيز المواد المتفاعلة والمنتجات التي تظل دون تغيير بمرور الوقت ، ولتوضيح من من السهل دراسة التفاعلات في المرحلة الغازية ، خاصةً كأمثلة على التوازن ، إذا أخذنا تفاعل غازات الهيدروجين واليود لتكوين يوديد الهيدروجين وفقًا للتفاعل التالي:

H2g+ I2g⇌2HIg

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

h2(g+ I2g→ 2HI (ز

• أثناء حدوث التفاعل العكسي ، أي تفاعل التحلل وفقًا للمعادلة التالية:

2hi(g→ H2g+ I2 (ز

في كلتا الحالتين ، تكون معدلات التفاعل الأمامية والعكسية متساوية مع بعضها البعض ، أي يتم تحييدها كيميائيًا ، في شكل أبسط ، يتم تحقيق التوازن الكيميائي سواء بدأ التفاعل مع جميع المواد المتفاعلة وتم تجميعها لتشكيل المنتجات أو جميع المنتجات المتحللة لتشكيل المواد المتفاعلة ، فإن موضع الميزان هو خاصية التفاعل في كلا الاتجاهين وهي تعمل لا تعتمد على كيفية تحقيق التوازن.

اقرأ أيضًا: عندما يتم الجمع بين عنصرين ، 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 الذي ذكرناه سابقًا ، وبالتالي تنطبق هذه القواعد على أنواع أخرى من التوازن والتي تشمل التوازن المتجانس والتوازن غير المتجانس:

الاتزان المتجانس

والذي يسمى أيضًا توازن الطور ويحدث عندما تكون المادة الناتجة والمعالجة في حالة توازن بين مادتين متشابهتين في الحالة الفيزيائية ، وفي شكل أبسط ، تكون تفاعلات التوازن التي تكون فيها جميع المواد المتفاعلة والمنتجات في نفس المرحلة تُعرف باسم تفاعلات التوازن المتجانسة وتنقسم إلى فئتين:

• عدد جزيئات المنتج يساوي عدد جزيئات المادة المتفاعلة. على سبيل المثال:

H2g + I2g⇌2HIg

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

.2so 2 (g + O2 g ⇌ 2SO 3 (ز

الاتزان الغير متجانس

ويطلق عليه أيضًا توازن المحلول ويحدث عندما يكون المتفاعل والمنتج في حالة توازن بين حالتين مختلفتين ، مثل تفاعل المادة الصلبة في محلول مشبع ، وفي شكل أبسط ، تفاعلات التوازن التي تكون فيها المواد المتفاعلة وتعرف المنتجات في مراحل مختلفة باسم تفاعلات التوازن غير المتجانسة ، على سبيل المثال تحلل كربونات الكالسيوم الصلبة لإعطاء أكسيد الكالسيوم الصلب وثاني أكسيد الكربون الغازي وفقًا للمعادلة التالية:

كربونات الكالسيوم 3 s ⇌ CaO s + ثاني أكسيد الكربون (ز

قانون الاتزان الكيميائي

يتم تعريف ثابت التوازن على أنه ناتج التركيز المولي للمنتجات التي يتم رفع كل منها إلى القوة المتساوية في معاملاتها المكافئة مقسومة على ناتج التركيزات المولية للمواد المتفاعلة حيث يتم رفع كل منها إلى القوة المتساوية لمعاملاتها المكافئة يكون ثابتًا عند درجة حرارة ثابتة ، ويمكن التعبير عنه ببساطة على أنه ثابت توازنه من حيث الضغوط الجزئية للمواد المتفاعلة والنواتج وإذا تم التعبير عنه من حيث الضغط الجزئي يشار إليه بواسطة Kp ،وإذا كان K c هو ثابت التوازن معبرًا عنه بالتركيزات المولية ، فإن المعادلة ستكون:

ك ج = [C] ج · [D] د/ [A] أ · [B] ب

وهذا هو قانون التوازن الكيميائي.

ثابت الاتزان kp

يشكل قانون العمل الجماعي أيضًا الأساس الذي ينص على أن معدل التفاعل الكيميائي يتناسب طرديًا مع ناتج تركيزات المواد المتفاعلة التي تم رفعها إلى نسبها المكافئة وفقًا للقانون التالي:

aa (g + ب g ⇔ سم مكعب g + دد (ز

• ليكون معدل التفاعل الآجل:

ك + [A] أ [B] ب

• ومعدل التفاعل العكسي أو العكسي:

ك- [C] ج [D] د

• لذلك ، ستكون الوحدات والصيغ الثابتة للميزان:
  • [A] و [B] و [C] و [D] هي الكتل النشطة.
  • k + و k – ثوابت معدل للتفاعلات الأمامية والخلفية.
  • أ ، ب ، ج ، د هي المعاملات المكافئة المرتبطة بـ A و B و C و D على التوالي.

هذا يعني أن المعدلات الأمامية والخلفية متساوية

مبدأ لو شاتيليه

يعتمد هذا المبدأ على ملاحظة تتعلق بتفاعلات التوازن الكيميائي والتي تنص على أن المتغيرات تحت درجة الحرارة أو الضغط وعوامل أخرى ستؤدي إلى تغييرات متوقعة ومضادة في النظام من أجل تحقيق حالة توازن جديدة ، ويمكن استخدام هذا المبدأ من الناحية العملية لفهم ظروف التفاعل التي ستفضل زيادة تكوين المنتج ، وقد تم اكتشاف هذه الفكرة وصياغتها بشكل مستقل من قبل كل من علماء Lu شاتيلير وهنري لويس بالإضافة إلى كارل فرديناند براون باستخدام المصطلحات التالية:

• نظرية الاصطدام: حيث ترتبط التصادمات بين الجسيمات بمعدل التفاعل ، بينما يعتمد معدل التفاعل على عوامل مثل التركيز ، ومساحة السطح ، ودرجة الحرارة ، والتحريك ، ووجود محفز أو مثبط.
• توازن: إنها حالة التفاعل التي تكون فيها معدلات التفاعل الأمامية والعكسية متساوية.

 واحدة من علامات التغيير الكيميائي هو تغير اللون

العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي 

وفقًا لمبدأ Le Chatelier ، الذي ينص على أنه إذا تعرض نظام في حالة توازن لتغير في الضغط أو درجة الحرارة أو التركيز ، فإن التوازن يتغير إلى مزيد من الانخفاض وكذلك لمواجهة تأثير التغيير ، وهذه تعتبر العوامل التي تؤثر على التوازن ، وفيما يلي سنذكر لك هذه العوامل واحدة تلو الأخرى وسنوسع شرحها لتبسيط فهمها.

تأثير تغيير الضغط

بشكل عام ، لا يوجد تأثير للضغط إذا كان عدد مولات المتفاعل الغازي والنواتج متساويًا ، ولكنه يختلف فيما يتعلق بالعدد الإجمالي لمولات المواد المتفاعلة الغازية والعدد الإجمالي لمولات المنتجات الغازية ، لذلك إذا كان إجمالي عدد مولات المنتجات أكبر من إجمالي عدد مولات المواد المتفاعلة ، فإن الضغط المنخفض سيفضل أيضًا التفاعل الأمامي ، بينما إذا كان عدد مولات المواد المتفاعلة أكبر من عدد المنتجات ، فإن الضغط المرتفع سيكون الضغط أكثر ملاءمة للتفاعل الأمامي.

تأثير تغيير التركيز

نظرًا لأن إضافة مادة تفاعل إضافية إلى النظام ستؤدي إلى تحويل التوازن نحو جانب المنتج ، وكذلك تقليل تركيز أي منتج سيؤدي إلى تحويل التوازن نحو جانب المنتجات والعكس صحيح أيضًا ، فهذا يوضح أن العكس تصحح التفاعلات نفسها وعندما يتم التخلص منها بسبب تغير في التركيز أو درجة الحرارة أو الضغط ، سيتحول النظام بشكل طبيعي إلى إعادة التوازن بعد التغيير.

تأثير تغير درجة الحرارة

يتحول التوازن في الاتجاه المعاكس عندما يكون هناك تغيير في الزيادة أو النقصان في نظام درجة الحرارة وعادة ما ينطبق هذا من أجل تحييد التغيير في الواقع في تفاعل طارد للحرارة ، حيث تؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى إبطاء التفاعل الذي نستخدمه. المحفز ، بينما في حالة حدوث تفاعل ماص للحرارة ، تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تغيير التوازن في اتجاه التفاعل الماص للحرارة.

تأثير عامل محفز أو إضافة الغاز الخامل

بشكل عام ، لا يؤثر المحفز على تركيبة توازن خليط التفاعل ، لأن المحفز يزيد من سرعة التفاعلات الأمامية والخلفية بالتساوي في التفاعل القابل للانعكاس ، ولا تؤثر إضافة غاز خامل بينما يظل الحجم ثابتًا التوازن ، لأن إضافة غاز خامل عند حجم ثابت لا يغير الضغط الجزئي أو التركيز المولي.

العوامل الغير مؤثرة في التوازن الكيميائي 

فيما يلي بعض العوامل التي لا تؤثر على التوازن:

• تركيزات المواد الصلبة ثابتة.
• تركيز H2O في وجود محاليل مخففة ، لأنه ثابت بشكل فعال لجميع المقاصد والأغراض.
• قد يمنحك وجود عامل محفز للوصول إلى التوازن بشكل أسرع ولكنك لن تؤثر على حالة التوازن.
• إضافة غاز خامل إلى خليط توازن غازي بشرط أن يظل الحجم ثابتًا ، ثم يمكن زيادة الضغط الكلي بينما يظل الضغط الجزئي لكل غاز ثابتًا.
• في حالة توازن الطور مثل بخار السائل ، لا تغير مساحة سطح السائل ضغط البخار ، في حين أنها قد تؤثر على المعدل الذي يتم الوصول إلى التوازن.
• في حالة توازن البخار السائل ، لا يهم حجم الحاوية أيضًا ، بشرط أن يكون لديك سائل كافٍ للوصول إلى التوازن.

خواص الاتزان الكيميائي 

في ضوء فهمنا لقانون التوازن الكيميائي وتعريفه ، سنشتق بعض خصائص التوازن الكيميائي ، وهي كالتالي:

• سيكون التفاعل الكيميائي المتوازن قابلاً للانعكاس بالتأكيد.
• لا يمكن تحقيق التوازن إلا إذا تم إغلاق النظام حيث يحدث التفاعل داخل الوعاء.
• تحدث العمليات المتعارضة الأمامية والخلفية بنفس المعدل داخل حالة ديناميكية مستقرة.
• يتميز التوازن الكيميائي بأنه ثابت وهذا يعني أن الخصائص التي يمكن ملاحظتها للنظام مثل التركيز والضغط واللون وما إلى ذلك لا تتغير بمرور الوقت.
• في ظل تغير ظروف العوامل الخارجية كالحرارة وغيرها يمكن تحويل نقطة …