بحث التوازن الكيميائي

التوازن الكيميائي

 التفاعلات غيرالعكسية:

استهلاك تام لتركيز المواد المتفاعلة وتحويلها إلى نواتج .

التفاعلات العكسية :

 استهلاك جزء من المواد الناتجة وتحويلها في الاتجاه المعاكس إلى مواد متفاعلة .

للتفاعل الافتراضي التالي  :

A2 + B2          2AB                    

عند الاتزان الكيميائيchemical equilibrium  ،  معدل سرعة التفاعل العكسي =  سرعة التفاعل الأمامي  ,  وتبقى تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة ثابتة مع مرور الزمن، 

                           

           A2  ,  B2                 التركيز

 و AB    

   الزمن          te ( زمن الاتزان)

ثابت الاتزان

للتفاعل الافتراضي السابق:

A2 + B2             2AB  

 [B2] [A2] Ratef  = kf

Rate r = kr [AB]2     

وعند الاتزان:

                     Rate r  = Rate f 

                

 قانون فعل الكتلة  قانون الاتزان

 Ke  ثابت الاتزان للتفاعل ، تعتمد قيمته على درجة الحرارة  .

 ولأي تفاعل بسيط أو معقد مثل التفاعل الافتراضي التالي :

aA + bB        cC  + dD                    

                          

•              ثابت الاتزان الكلي يساوي حاصل ضرب ثوابت الاتزان للخطوات الأولية للتفاعل ،

             

                                         

•              ثابت الاتزان لأي تفاعل عكسي يساوي مقلوب ثابت الاتزان للتفاعل الأصلي وذلك من ناحية القيمة العددية والصيغة التركيبية .         

                      

   طرق التعبير عن ثابت الاتزان

1- باستخدام التراكيز المولارية [ ] للمواد عند الاتزان وذلك للتفاعلات التي تحدث في

المحاليل، ويعبر عنه بالرمز Kc .    

2-باستخدام الضغوط الجزئية(P)عندالاتزان في حالة الغازات ويعبرعنه بالرمز Kp.

  والعلاقة بين  Kc وKp  هي:

                     

                

 R الثابت العام للغازات وقيمته  T درجة الحرارة المطلقة (K) و Δngتساوي مجموع عدد مولات الغازات فقط في النواتج مطروحاً منه مجموع عدد مولات الغازات فقط في المتفاعلاتز

•              الاتزان غير المتجانس

تبقى تراكيز المواد الصلبة والسائلة النقية ثابتة وذلك عند ثبوت الضغط ودرجة الحرارة .

CaCO3 (s)       CaO(s) + CO2 (g)     Kc = [CO2]  و    KP =

        استخدام ثابت الاتزان

أولا: تحديد اتجاه التفاعل

العلاقة      وضع التفاعل             اتجاه التفاعل

Q=Kc     النظام في حالة أتزان   لا تغير

Kc<Q     يتجه التفاعل ناحية زيادة تركيز المتفاعلات وخفض تركيز النواتج حتى تصبح Q=Kc

                ناحية اليسار

Kc>Q     يتجه التفاعل ناحية زيادة تركيز   النواتج وخفض تركيز المتفاعلات حتى تصبح Q=Kc

                ناحية اليمين

ثانياً: حساب التراكيز عند الاتزان

الخطوات:

1 -أكتب معادلة التفاعل موزونة.

2-أحسب التراكيز الابتدائية  للمواد

3-أرمز لمقدار التغير في التركيز لكل المواد

بأي حرف لاتيني مثل (Y). 

4 -ضع أمام (Y) لكل مادة قيمة عدد مولاتها في معادلة التفاعل الموزونة مسبوقاً بإشارة (-) إذا كانت ينخفض تركيزها أو إشارة (+) إذا كان يزداد تركيزها للوصول للاتزان .

5-أحسب تركيز المواد عند الاتزان  (التركيز عند الاتزان = التركيز الابتدائي + أو - التغير في التركيز )

(-) للمواد التي ينخفض تركيزها…… ،

 (+)للمواد التي يزداد تركيزها .

6- ضع المعلومات السابقة في جدول تحت   معادلة التفاعل الموزونة .

7-أكتب قانون ثابت الاتزان وعوض باستخدام التراكيز عند الاتزان ثم قم بالإجراءات الحسابية اللازمة .

   في بعض مسائل الاتزان قد  تكون

المعادلة  بعد التعويض بتراكيز المواد عند الاتزان معادلة من الدرجة الثانية ذات المجهول الواحد وبالصيغة التالية :

             aY2 + bY + c = 0

حيث a ,b , c   قيم عددية و تمثلY  التغير في التركيز .

ولحل هذه المعادلة لأجل الوصول إلى قيمة

المجهول Y  يجب التعويض في الصيغة

الرياضية التالية: 

                   يتم اختيار القيمة المطلقة لـ Y.

مبدأ لوشـاتلييه Le chatelier       

"  إذا تعرض نظام في حالة اتزان إلى تغير ما فإن النظام يسير في الاتجاه المضاد لهذا التغير بحيث يمتصه أو يقلل من أثره ويؤسس حالة أتزان مره أخرى "

التغيرات:

1-            تغيرات التركيز.

2-            تغيرات الضغط.

3-            تغيرات درجة الحرارة .

4-            إضافة غازات خاملة .

5- إضافة عامل حفاز .

   1- تغيرات التركيز.

  قاعدة عامة :- " زيادة تركيز إحدى المواد في خليط الاتزان يزيح موقع الاتزان ناحية الاتجاه الذي يؤدي إلى أستهلاك بعض من هذه المادة الزائدة ، وفي المقابل فإن خفض تركيز إحدى المواد في خليط الاتزان سيؤدي إلى تغير موقع الاتزان ناحية زيادة تركيز هذه المادة "

  2- تغيرات الضغط .

قاعدة عامة  " إنقاص حجم خليط من الغازات في حالة أتزان (زيادة ضغطه) سيزيح موقع الاتزان دائماً في الاتجاه الذي فيه العدد الأقل من جزيئات الغاز ، وفي المقابل فإن زيادة حجم الخليط الغازي (خفض الضغط) سيزيح موقع الاتزان دائماً في الاتجاه الذي فيه العدد الأعلى من جزيئات الغاز، وعند تساوي العدد الكلي لمولات الغازات في معادلة الاتزان فإن التغيرات في الضغط لا تؤثر على موضع الاتزان وتبقى جملة الاتزان في حالة مستقره وثابتة "

3- تغيرات الحراره .

فقط درجة الحرارة تؤثر على قيمة ثابت الاتزان .

التفاعلات التي لا يصاحبها امتصاص أو

انبعاث حرارة(ΔH= 0)  لا تتأثر قيمة ثابت الاتزان لها بتغير درجة الحرارة .

في التفاعلات الماصة للحرارة ΔH= +)) 

الارتفاع في درجة الحرارة  يؤدي إلى أن ينزاح الاتزان ناحية اليمين وتزداد قيمة ثابت الاتزان ، أما انخفاض درجة الحرارة فيؤدي إلى انزياح الاتزان ناحية اليسار وتنخفض قيمة ثابت الاتزان .

في التفاعلات الناشرة للحرارة) -  ΔH =)

الارتفاع في درجة الحرارة  يؤدي إلى أن ينزاح لاتزان ناحية اليسار وتنخفض قيمة ثابت الاتزان ، أما انخفاض درجة الحرارة فيؤدي إلى انزياح الاتزان ناحية اليمين وتزداد قيمةثابت الاتزان. 

4-إضافة غاز خامل . 

 يزيد من الضغط الكلي داخل وعاء التفاعل وهذه الزيادة لا تؤثر على موضع الاتزان .

5- إضافة مادة حافزه .

لا تؤثر على موضع الاتزان ، ولاتؤثر على حرارة التفاعلΔH ) (.