العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي
لماذا يسمى بالتوازن الكيميائي
يشير التوازن الكيميائي إلى حالة النظام الثابت الغير متغير في نسبة تراكيز المواد الداخلة والخارجة من التفاعل وهنا سنتعرف أكثر عن التوازن الكيميائى وما هي “العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي”.
العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي
عندما يكون معدل التفاعل الأمامي مساويًا لمعدل التفاعل العكسي، يتم تحقيق حالة التوازن الكيميائي بواسطة النظام. عندما لا يكون هناك تغيير إضافي في تركيزات المواد المتفاعلة والنواتج بسبب المعدلات المتساوية للتفاعلات الأمامية والعكسية، يُقال أن النظام في حالة توازن ديناميكي.
لماذا تسمى هذه العملية بالتوازن الكيميائي
المرحلة التي يكون فيها معدل التفاعل الأمامي مساويًا لمعدل التفاعل المتخلف تسمى مرحلة التوازن. في هذه المرحلة، يكون عدد جزيئات المادة المتفاعلة التي تتحول إلى منتجات وتصبح جزيئات المنتج نفسها مواد متفاعلة. يمكن إجراء نفس التوازن مع نفس المواد المتفاعلة في أي مكان مع ظروف مماثلة مع التبادل المستمر للجزيئات ومن ثم يكون التوازن الكيميائي ديناميكيًا.
أنواع التوازن الكيميائي
هناك نوعان من التوازن الكيميائي:
- توازن متجانس
- غير متجانس
توازن كيميائي متجانس
في هذا النوع، تكون المواد المتفاعلة ونواتج التوازن الكيميائي في نفس المرحلة. يمكن تقسيم التوازن المتجانس إلى نوعين: التفاعلات التي يكون فيها عدد جزيئات المنتج مساوية لعدد جزيئات المواد المتفاعلة.
ومثال ذلك: H2 (g)+I2 (g)⇋2HI (g) في المعادلة السابقة، جميع المواد المتفاعلة والناتجة في الحالة الغازية
التوازن الكيميائي غير المتجانس
في هذا النوع، توجد المواد المتفاعلة ونواتج التوازن الكيميائي في مراحل مختلفة.
ومثال ذلك: CaCO3(s)⇋CaO(s)+CO2(g) في المعادلة السابقة، يوجد حالتين للمواد في التفاعل، بعضها في الحالة الصلبة والآخر في الحالة الغازية
العوامل المؤثرة في التوازن الكيميائي
وفقًا لمبدأ Le-Chatelier، إذا كان هناك أي تغيير في العوامل التي تؤثر على ظروف التوازن، فسيقوم النظام بمقاومة أو تقليل تأثير التحول الكلي. ينطبق هذا المبدأ على كل من التوازن الكيميائي والفيزيائي.
هناك العديد من العوامل مثل درجة الحرارة والضغط والتركيز التي تؤثر على التوازن. نناقش أدناه بعض العوامل المهمة التي تؤثر على التوازن الكيميائي.
التركيز
إنّ زيادة تركيز إحدى المواد من المواد المتفاعلة أو الناتجة لنّ تؤثّر على قيمة ثابت الاتزان، وإنّما إذا تمّ زيادة تركيز واحدة من المواد المتفاعلة سوف يؤدّي إلى نقص في تركيز المادّة الأخرى، وبالتالي زيادة في تركيز المواد الناتجة، وحسب قاعدة لو شاتلييه، فإنّ التفاعل سوف يتجّه إلى اليمين، وذلك لزيادة تركيز إحدى المواد المتفاعلة.
الضغط
يؤثّر الضغط على وضع الإتزان وعلى قيمة ثابت الإتزان، فالتفاعلات التي ينتج عنها غاز يتجه التفاعل إلى الإتجاه الذي يقلّ فيه حجم النظام، أمّا بالنسبة للتفاعلات التي تحدث في المحلول فإنها لا تتأثراً كثيرا بالضغط.
درجة الحرارة
- يعتمد تأثير درجة الحرارة على التوازن الكيميائي على علامة ΔH للتفاعل ويتبع مبدأ Le-Chatelier.
- مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض ثابت التوازن لتفاعل طارد للحرارة.
- في تفاعل ماص للحرارة، يزداد ثابت التوازن مع زيادة درجة الحرارة.
- إلى جانب ثابت التوازن، يتأثر معدل التفاعل أيضًا بالتغير في درجة الحرارة. وفقًا لمبدأ Le Chatelier، يتحول التوازن نحو الجانب المتفاعل عندما تزداد درجة الحرارة في حالة التفاعلات الطاردة للحرارة، بالنسبة للتفاعلات الماصة للحرارة، يتحول التوازن نحو جانب المنتج مع زيادة درجة الحرارة.
استخدام محفّز
المحفّز Catalyst، هو مادة تعمل على زيادة معدّل سرعة التفاعل الكيميائي، إلا أن المحفّزات تعمل بصورة متكافئة على طرفي التفاعل فتعمل على تسريع الطرفين بشكل متساوٍ وهذا لا يؤثر على نقطة التوازن نفسها إنّما يعمل على تسريع الوصول إليها.
عوامل غير مؤثرة في التوازن الكيميائي
المحفز
لا يؤثر المحفز على التوازن الكيميائي. إنه يسرع فقط رد الفعل. يعمل المحفز بالتساوي على تسريع التفاعل الأمامي وكذلك التفاعل العكسي. ينتج عن هذا التفاعل الوصول إلى توازنه بشكل أسرع.
ستكون نفس الكمية من المواد المتفاعلة والمنتجات موجودة عند التوازن في تفاعل محفز أو غير محفز. إن وجود المحفز يسهل فقط التفاعل للمضي قدمًا من خلال حالة انتقال منخفضة الطاقة للمواد المتفاعلة إلى المنتجات.
تأثير إضافة غاز خامل
عندما يضاف غاز خامل مثل الأرجون إلى حجم ثابت، فإنه لا يشارك في التفاعل وبالتالي يظل التوازن غير مضطرب. إذا كان الغاز المضاف عبارة عن مادة متفاعلة أو منتج متضمن في التفاعل، فإن حاصل التفاعل سيتغير.
تغيّر حجم النظام
يؤدي تغيّر الحجم إلى تغير الضغط والتركيز، إذ أن زيادة الحجم تؤدي إلى انخفاض الضغط وانخفاض التركيز وسيميل التفاعل كنتيجة إلى الاتجاه الذي يكون محتواه من جزيئات الغاز أكبر، أما انخفاض الحجم فيؤدي إلى زيادة الضغط والتركيز وميل التفاعل نحو الطرف الذي يكون محتواه من جزيئات الغاز أقل نسبيا.
إضافة غاز للمتفاعلات أو النواتج تؤثر عملية إضافة الغاز على التركي، فلو تمت إضافته مع المتفاعلات سيؤدي ذلك إلى زيادة تركيز المتفاعلات وبالتالي زيادة معدل التفاعل الذي يعمل على استهلاك المتفاعلات وإنتاج المواد الناتجة لإعادة التوازن من جديد.
