تعتبر العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي من الموضوعات الأساسية في دراسة التفاعلات الكيميائية. يلعب فهم هذه العوامل دورًا مهمًا في صياغة المعادلات الكيميائية من المواد المتفاعلة والعوامل الوسطية إلى المنتجات النهائية. وتجمع هذه العوامل عدة مفاهيم أساسية في مجالات الكيمياء والفيزياء وحتى الرياضيات.
فهم التفاعل الكيميائي
يحتاج المرء قبل تحديد العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي إلى فهم ماهية التفاعل الكيميائي: وهو عملية تحدث بين المواد المتفاعلة حيث يتم تفكيك الروابط الكيميائية وتشكيل روابط جديدة، مما ينتج عنه مواد جديدة تعرف بالمنتجات، التي تتمتع بخصائص كيميائية وفيزيائية مميزة.
- تتضمن التفاعلات الكيميائية الأساسية التي تدركها الكائنات الحية عمليات مثل التنفس، التخمر، التمثيل الغذائي، والتمثيل الضوئي، بالإضافة إلى عمليات الأكسدة والاحتراق.
- تشمل دراسة التفاعل الكيميائي مجموعة واسعة من المصطلحات، وتزداد الأدلة يومًا بعد يوم حول هذه العمليات.
- تحدث التفاعلات الكيميائية بتغيير التركيب الفعلي للمادة، مما يؤدي إلى تحويلها إلى مادة أخرى من خلال تغيير خصائصها الكيميائية.
- يتم ذلك من خلال إعادة ترتيب الذرات؛ على سبيل المثال، يتم تحويل جزيء الماء إلى غاز أكسجين وغاز هيدروجين عند إجراء التحليل الكهربائي.
- تشمل التغييرات الكيميائية تغييرات في اللون أو درجة الحرارة أو الحالة الفيزيائية، كما هو الحال عندما يتبخر الماء ويتحول من حالة سائلة إلى غازية.
- قد تشمل هذه التغييرات أيضًا تغييرات في الرائحة أو الطعم، كما تولد الفقاعات في بعض ردود الفعل الكيميائية، رغم أن ظهور الفقاعات ليس ضروريًا في جميع الحالات.
- ومع ذلك، فإن تكوين الفقاعات يعد مؤشرًا على بداية حدوث تفاعل كيميائي.
طالع أيضاً:
مفهوم الاتزان الكيميائي
الاتزان الكيميائي هو حالة استقرار في النظام الكيميائي، حيث لا تحدث تغييرات في التفاعلات الكيميائية أو في نسب تركيزات المواد الداخلة والخارجة من التفاعل.
- الوصول إلى حالة توازن ميكانيكي يعني أن سرعة المواد المتفاعلة تساوي سرعة المواد الناتجة، ولا يعني أن سرعة التفاعل أصبحت صفرًا.
- يمكن التعبير عن هذه الحالة من خلال المعادلة R1 = K1 [A]a[B]b، حيث R1 هو سرعة التفاعل.
- K1 يعني ثابت التوازن، وهو نسبة المواد الداخلة في التفاعل إلى الناتجة.
- [A] هو التركيز المولي الأول و[B] هو التركيز المولي الثاني، بينما يرمز b إلى القوة.
- عند وصف توازن التفاعلات العكسية، يتم استخدام ثابت التوازن لوصف التوازن بين المواد الناتجة والمتفاعلة.
- يحتاج حساب ثابت التوازن في حالة التفاعل المتوازن إلى معرفة نسب تركيز المواد الناتجة والمعنية.
أنواع الاتزان الكيميائي
لتفسير العوامل المؤثرة على التوازن الكيميائي، من المهم تحديد أنواع هذا التوازن، والتي تتوزع كيميائيًا على النحو التالي:
التوازن الثابت:
- هي حالة تكون فيها المواد المتفاعلة والمنتجات مستقرة وغير متغيرة.
التوازن الديناميكي:
- هو تفاعل متوازن بطبيعته، حيث تكون التركيزات ثابتة، لكن التفاعلات والمنتجات في تبادل مستمر.
قد يهمك:
مبدأ “لوشاتليه”
- ينص على أنه إذا تعرض نظام لتغيير، فإن النظام يتحرك بشكل موازن في الاتجاه المعاكس حتى يمتص هذا التغيير أو يقلل من تأثيره، مما يؤدي إلى استعادة التوازن. في هذه المقالة، سوف نستعرض العوامل التي تؤثر على التوازن الكيميائي.
ما هي العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي؟
تصل التفاعلات الكيميائية إلى حالة توازن بعد فترة زمنية معينة، وهي حالة معقدة تتأثر بعدة عوامل، وهذه أهمها:
نسبة الضغط:
- يؤثر الضغط على حالة التوازن الذاتي، خاصة عندما يكون التفاعل قيد الدراسة يشمل غازات، وفقًا لقانون الغاز المثالي:
- (PV = n × R × T) حيث P هو الضغط، V هو حجم الغاز (باللترات)، n هو عدد المولات في الغاز، R هو الثابت العمومي للغازات (0.0821 لتر × ضغط جوي / مول × كلفن)، وT هي درجة حرارة الغاز بالكلفن.
التركيز الكيميائي:
- من العوامل المؤثرة على الاتزان الكيميائي olan تركيز المحتوى وكذلك المنتجات، مما قد يتسبب في اختلال التوازن الكيميائي.
- إستنادًا إلى مبدأ العالم الفرنسي لو شاتيليه، فإن أي تغيير في أي من العوامل المؤثرة على التوازن يؤدي إلى رد فعل لتصحيح التغيير.
إضافة الغازات الخاملة:
- تؤدي إضافة غاز خامل في تفاعل كيميائي إلى زيادة الضغط الكلي، ولكنها لا تؤثر على الاتزان الكيميائي ما لم تؤثر على تركيز أو ضغط المواد المتفاعلة أو المنتجات بشكل فردي.
درجة الحرارة:
- تعد درجة الحرارة من أهم العوامل التي تتحكم في حالة الاتزان الكيميائي.
- تؤثر على حالة المواد وسرعة حركة الجسيمات، وتوزع التفاعلات بين ماصة وطاردة للحرارة.
- تؤدي الزيادة في درجة الحرارة في تفاعلات طاردة للحرارة إلى انخفاض قيمة ثابت التوازن مما يؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي.
- ستؤدي زيادة درجة الحرارة عادةً إلى زيادة عدد الاصطدامات وزيادة طاقة الاصطدام للعناصر المتفاعلة.
المواد المحفزة:
- المحفزات لا تؤثر على الاتزان الكيميائي، حيث أنها تزيد من سرعة التفاعل دون تطبيق مبدأ لو شاتيليه.
تابع معنا:
متى يحدث الاتزان الكيميائي؟
- يحدث الاتزان في التفاعلات الكيميائية عندما تكون درجة الحرارة والضغط ثابتين، وبالتالي يتناسب معدل التفاعل الكيميائي طرديًا مع نسبة تركيز المواد المتفاعلة نسبةً إلى المواد الناتجة.
- غالبًا ما يشهد ارتفاعًا في تركيز المواد الناتجة وانخفاضًا في تركيز المواد المتفاعلة مع مرور الوقت.
- هذا يدل على زيادة في التفاعل عكسي وانخفاض في التفاعل الأمامي حتى تتساوى سرعات التفاعلين.
هناك نوعان من الاتزان الكيميائي:
التوازن المتجانس:
- يحدث عندما تكون المواد المتفاعلة والمنتجات في نفس الحالة.
التوازن غير المتجانس:
- يحدث عندما تكون المواد المتفاعلة والمنتجات في حالات مختلفة.
خصائص الاتزان الكيميائي
- تحتوي حالة الاتزان الكيميائي دائمًا على تفاعلين متعاكسين، حيث تحافظ مواد التفاعل على سرعة ثابتة نحو الاتزان.
- ومن ميزات الاتزان الكيميائي أنها تحتفظ بالعلاقات النشطة داخل النظام، حيث تواصل التفاعلات الكيميائية الوصول إلى التوازن بشكل تلقائي دون تدخل خارجي.
- أي تغير في الاتزان الكيميائي، مثل التغيرات في الضغط أو درجة الحرارة أو تركيز المواد المتفاعلة، قد يؤدي إلى اختلال في هذا الاتزان.
- يعتبر الاتزان الكيميائي حالة مستقرة للخصائص بمرور الوقت. إذا تم اضطراب هذا الاتزان بسبب محفز خارجي، فإن النظام يستجيب بتغيير خصائصه بطريقة تتعارض مع تأثير المحفز.
