الاتزان الكيميائي، حالة تحدث في التفاعلات الكيميائية القابلة للانعكاس حيث لا يحدث أي تغيير صاف في كميات المواد المتفاعلة والمنتجات، وفي هذا المقال سنذكر العوامل التي تؤثر في الاتزان الكيميائي.
العوامل التي تؤثر في الاتزان الكيميائي
التفاعل الكيميائي القابل للانعكاس تتفاعل فيه المنتجات بمجرد تكوينها لإنتاج المواد المتفاعلة الأصلية، وفي حالة التوازن، يستمر التفاعلان المتعارضان بمعدلات أو سرعات متساوية، وبالتالي لا يوجد تغيير صاف في كميات المواد المعنية، وفي هذه المرحلة يمكن اعتبار رد الفعل مكتملاً، وبالنسبة لبعض ظروف التفاعل المحددة، يتم تحقيق أقصى تحويل للمواد المتفاعلة إلى منتجات.
ووضع هنري لوي شاتلييه مبدأً سماه باسمه عام 1884، حيث أنه درس تأثير تغير الضغوط وشروط التفاعل والعوامل التي تؤثر في الاتزان الكيميائي في قانون ثبات التوازن الكيميائي، ويساعد مبدأ لوشاتلييه على التنبؤ بتأثير التغير في درجة الحرارة أو التركيز أو الضغط على موضع التوازن في التفاعل الكيميائي، ويعد ذلك مهم للغاية، في التطبيقات الصناعية.
مبدأ لو شاتلييه
عند تغيير أي عامل يحدد حالة اتزان نظام في حالة اتزان، فإن الاتزان يزاح في اتجاه، ينتج عنه تقليل تأثير هذا المؤثر الخارجي، ويفيد هذا المبدأ في إمكانية التنبؤ كميآ بتأثير التغير في تركيز المواد المشتركة في تفاعل كيميائى أو فيزيائي متزن أو ضغطهما.
العوامل المؤثرة في الاتّزان الكيميائي
التغييرات في التركيز
وفقًا لمبدأ لو شاتلييه، فإن إضافة مادة متفاعلة إضافية إلى النظام ستؤدي إلى تحويل التوازن إلى اليمين، نحو جانب المنتجات، وبذلك فإن تقليل تركيز أي منتج سيؤدي إلى تحويل التوازن إلى اليمين، والعكس صحيح، فإذا أضفنا منتجًا إضافيًا إلى نظام ما، فسيتحول التوازن إلى اليسار، من أجل إنتاج المزيد من المواد المتفاعلة، أو، إذا أزلنا المواد المتفاعلة من النظام فسينتقل التوازن أيضًا إلى اليسار.
وبالتالي، فإن التفاعلات المعكوسة تصحح نفسها بنفسها، وعندما يتم إخراجها من التوازن بسبب تغير في التركيز أو درجة الحرارة أو الضغط، سيتحول النظام بشكل طبيعي بطريقة “لإعادة التوازن” بعد التغيير.
التغييرات في الضغط
سيؤدي التغيير في الضغط أو الحجم إلى محاولة استعادة التوازن عن طريق إنشاء عدد أكبر أو أقل من مولات الغاز، على سبيل المثال، إذا زاد الضغط في نظام ما، أو انخفض الحجم، فسوف يتحول التوازن لصالح جانب التفاعل الذي يتضمن عددًا أقل من مولات الغاز، وبالمثل، إذا زاد حجم النظام، أو انخفض الضغط، فسيتم تفضيل إنتاج مولات إضافية من الغاز.
إضافة غاز خامل
تم التأكد من أنه لن يحدث أي تغيير لموضع توازن التفاعل إذا تم إضافة غاز خامل، مثل الكريبتون أو الأرجون، إلى وعاء التفاعل، حيث تبين أن، أن النظام سيتحول دائمًا بحيث تظل نسبة المنتجات والمواد المتفاعلة مساوية لـ ثابت التوازن المعطى كنسبة بين ضغط المنتجات والمواد المتفاعلة المعروف ب Kp، و ثابت التوازن المعطى كنسبة بين تركيزات المنتجات والمواد المتفاعلة المعروف ب Kc، ولن يتفاعل الغاز الخامل مع المواد المتفاعلة أو المنتجات، لذلك لن يكون له أي تأثير على نسبة المنتج أو المتفاعل، وبالتالي، لن يكون له أي تأثير على التوازن.
التغييرات في درجة الحرارة
تأثير درجة الحرارة على التوازن له علاقة بحرارة التفاعل، حيث يذكر أنه حين يتم امتصاص الحرارة في التفاعل، عند رفع درجة الحرارة في التفاعلات الماصّة للحرارة، فإنه يتم إتجاه التفاعل إلى الجهة التي يمتصّ فيها التفاعل للحرارة في التفاعلات التي يكون فيها التفاعل الأمامي ماص للحرارة، وبالتالي زيادة قيمة ثابت الاتزان، أمّا بالنسبة للتفاعلات التي يكون فيها التفاعل الأمامي طارد، فإنّ رفع درجة الحرارة سوف يؤدي إلى نقصان قيمة ثابت الاتزان، وهذا سيؤثّر على سرعة التفاعل، وذلك لأنّها تعمل على زيادة عدد التصادمات، وبالتالي إلى زيادة طاقة التصادم للمواد المتفاعلة.
تأثير المحفز
المحفزات هي عبارة عن مركبات تعمل على تسريع تقدم التفاعل دون استهلاكها، وتشمل الأمثلة الشائعة للعوامل الحفازة المحفزات الحمضية والإنزيمات، كما تسمح المحفزات بالتفاعلات بشكل أسرع من خلال حالة انتقال منخفضة الطاقة، من خلال خفض طاقة الحالة الانتقالية، وهي خطوة تحديد المعدل، يتم فيها تقليل المحفزات لطاقة التنشيط المطلوبة للسماح بمواصلة التفاعل، وفي حالة حدوث تفاعل عكسي، تصل إلى التوازن بسرعة أكبر.
يعمل المحفز على تسريع التفاعل عن طريق خفض طاقة التنشيط المطلوبة لمواصلة التفاعل، كما تعمل المحفزات على تسريع معدل التفاعل، ولكن ليس لها تأثير على وضع التوازن.
تأثير عامل محفز على التوازن
يمكن تسريع التفاعلات بإضافة عامل حفاز، بما في ذلك التفاعلات العكسية التي تتضمن حالة توازن نهائية، ويذكر أنه بالنسبة للتفاعل القابل للانعكاس، تكون حالة التوازن هي الحالة التي تكون فيها معدلات التفاعل الأمامية والعكسية متساوية، وفي وجود عامل حفاز، فإن كلا من معدلات التفاعل الأمامية والعكسية سوف تتسارع بالتساو ، مما يسمح للنظام بالوصول إلى التوازن بشكل أسرع، ومع ذلك، فمن المهم للغاية فهم أن إضافة محفز ليس له أي تأثير على الإطلاق على موضع التوازن النهائي للتفاعل، فهو ببساطة يصل إلى هناك بشكل أسرع.
ولا تؤثر المحفزات على حالة توازن التفاعل، ففي وجود محفز، ستكون نفس كميات المواد المتفاعلة والنواتج موجودة عند التوازن كما هو الحال في التفاعل غير المحفز، ولتوضيح ذلك بمصطلحات كيميائية، تؤثر المحفزات على حركية التفاعل، ولكن ليس على الديناميكا الحرارية للتفاعل، إذا كان من المحتمل أن تؤدي إضافة المحفزات إلى تغيير حالة توازن التفاعل، فإن هذا ينتهك القاعدة الثانية للديناميكا الحرارية، أي، سنحصل على “شيء مقابل لا شيء”، وهو أمر مستحيل ماديًا.
اقرآ آيضآ: أهمية دراسة الكيمياء للإنسان
