ما مضمون قانون فعل الكتلة

2 إجابتان

لا بدّ أنك لاحظت  في صباح أحد الأيام فقدان فنجان قهوتك لحرارته الساخنة حين اضطررت لتركه وحيدًا لبعض الوقت، ولاحظت أيضًا أنه لم يبرد جدًّا، فلم يزداد دفئًا أو برودةً من درجة حرارة الغرفة، هذا ما يعرف بالتوازن، فالحرارة هي الطاقة المتدفقة من جسمٍ ذو درجة حرارةٍ عاليةٍ إلى جسمٍ آخر ذو درجة حرارة منخفضة، فلا يحدث تدفقٌّ صافٍ للحرارة، عندما يكون الجسمان في نفس درجة الحرارة، وهذا هو تدفّق الطاقة.

كذلك الأمر بالنسبة للأطوار الفيزيائية، يحدث التوازن في تحولات الطور. إليك هذا المثال للتوضيح، في نظامٍ مغلقٍ يحوي الجليد والماء عند درجة الصفر المئوي (273.15 كلفن)، فإنّ الكمية الصافية للجليد المتشكل والمُذاب ستكون صفرًا، وكمية الماء السائل ثابتةً، وفي حال عدم تسرّب البخار من النظام، فسيتشكل لدينا ثلاثة مراحلٍ هي، الماء السائل، والجليد الصلب، والبخار الغازي، في حالة توازنٍ مع بعضها البعض. وبالمثل، يمكن أيضًا عند تطبيق شروطٍ خاصّةٍ بالتوازن، إنشاء التوازن بين طور البخار والسائل، وبين الطور الصلب وطور البخار،هذا هو توازن الطور.

تنطبق هذه الفكرة على التفاعلات الكيميائية أيضًا، حيث كانت فكرة قانون فعل الكتلة،الذي صاغه مجموعة من العلماء النرويجيين كاتو م.غولدبيرغ (Cato M. Guldberg) وبيتر واغي (Peter Waage)، خلال الفترة 1864-1879م. ففي الكيمياء، الكتلة النشطة هي كتلة المادة التي تدخل فعليًّا في التفاعل، ومنه ينصّ قانون فعل الكتلة على أنه: عند درجة حرارةٍ ثابتةٍ، يتناسب معدل التفاعل الكيميائي مع الكتل النشطة للمواد المتفاعلة، إليك بالنموذج التالي للتوضيح:

A + B → C + D

باعتبار أن C يمثل التركيز للمكونات في لحظةٍ معينةٍ أثناء عملية التفاعل، أي أصبح تركيز كل من المواد الداخلة والخارجة من التفاعل هو C’A وC’B وC’C وC’D، ومنه وفقًا للقانون، سيكون معدل التفاعل (RAB) بين A و B في تلك اللحظة هو:

RAB = k1 C’A C’B

حيث k1، ثابت التناسب الذي يعتمد على المواد المتفاعلة ودرجة الحرارة.

خلال التفاعل، تبدأ تراكيز المواد المتفاعلة A و B بالانخفاض، وبالتالي ستنخفض نسبتهما أيضًا بمرور الوقت، كذلك ينطبق الحال على نواتج التفاعل، فإن معدل التفاعل المعاكس (RCD) بين C  وD في تلك اللحظة سيكون:

RCD = k2 C’C C’D

وبما أن تركيزات  Cو Dستزداد، فإن معدل RCD سيزداد أيضًا، وبمرور الوقت ستتساوى معدلات التفاعل في الاتجاهين؛ أي RAB = RCD  ثم يصبح النظام بعد ذلك في حالة توازن، دون حدوث المزيد من التغيرات في كتل مكونات النظام، عند التوازن، ثم:

RAB = RCD

k1 CA CB = k2 CC CD

CC CD / CA CB = k1 / k2 = Kc (ثابت)

بالتالي Kc هو ثابت التوازن للتفاعل.

على سبيل المثال، في تفاعل تأين حمض الكبريت التالي:

H2SO4⇌2H++SO2−4

بالتالي يكون ثابت التوازن مساويا لـ:

H+]2[SO2−]4/[H2SO4]=KM2]

استطاع العلماء الاستفادة من هذا القانون، بتطبيقه على أشباه الموصلات، فكان له دورٌ كبيرٌ وهامٌّ في مجالات الإلكترونيات، فيقدم قانون فعل الكتلة هنا العلاقة بين تركيزات الثقوب الإلكترونية والإلكترونات الحرة عندما يكون نظام أشباه الموصلات في حالة توازنٍ حراريٍّ.

كما استخدم قانون فعل الكتلة أيضًا في المجالات التالية:

  • الإيكولوجيا الرياضية.
  • الفيزياء الاجتماعية.
  • علم الأوبئة الرياضي.

أكمل القراءة

علم الكيمياء هو أحد العلوم الأساسية في الدراسات البشرية، وهي تدرس المادة وخصائصها والتفاعلات التي تحصل بين العناصر والمواد، وما ينتج عن هذه التفاعلات الكيميائية النوعية والكمية والطاقية، مع كل القواعد والقوانين التي تحكم هذه التفاعلات وهذه الخصائص.

يتألف الكون الذي يحيط بنا من عناصر كيميائية وذرات، حيث أن كل ما في العالم والوجود هو كيمياء، حتى نحن البشر عبارة عن كيمياء، وتعتبر الكيمياء الطريق الأساسي لتطوير التكنولوجيا والصناعة. ويعد قانون فعل الكتلة أحد أهم وأقدم القوانين الكيميائية.

قانون فعل الكتلة في الكيمياء هو نموذج رياضي يفسر سلوك محلول كيميائي في حالة توازن.

وبشكل عام يمكن وصف هذا القانون من وجهتين، الوجهة الأولى هي وجهة حالة التوازن الكيميائي وهي تتعلق بنسب مخلوط يتفاعل أثناء حالة التوازن الكيمائي. أما الوجهة الثانية فهي وجهة سرعة التفاعل التي تتعلق بمعادل سرعة التفاعل لكل تفاعل حاصل.

يعتبر هذا القانون من أقدم القوانين الكيميائية، وصاغة العالمان “واجي” و”غولدبيرغ” في الفترة بين عامي 1864 حتى 1879، وقد عينا ثوابت التوازن بالتجربة وعن طريق استخدام معادلات مستنتجة من أعمالهم. وتأكد واجي وغولدبيرغ أن التوازن الكيميائي هو عملية حركية (أي ديناميكية) يجري فيها تفاعلان عكسيان في الوقت ذاته حيث يكون معدلا التفاعلين متساويين.

نص قانون فعل الكتلة: عندما تكون درجة الحرارة ثابت، تتناسب سرعة التفاعل الكيميائي طرداً مع حاصل ضرب تركيز المواد المتفاعلة (مرفوعة لأس يساوي عدد مولات الجزيئات أو الأيونات في المعادلة الموزونة)

يكتب التفاعل العكوس عادة بالشكل التالي:

aA + bB  ↔ cC + dD

مضمون قانون فعل الكتلة

إن المعادلة السابقة معادلة حركية ديناميكية، أي ليست سكونية. بمعنى آخر: يستمر A و B في التفاعل لتشكيل C و D اللذين يتفاعلان لإعطاء A و B مرة ثانية حتى تستقر حالة التوازن.

إن سرعة تفاعل A و B بعد أن يصلا إلى حالة التوازن تساوي سرعة تفاعل C مع D. ويعبر عن سرعة التفاعلات هذه بقانون فعل الكتلة الذي يقول أن سرعة تفاعل ما تتناسب طرداً مع تراكيز المواد المتفاعلة، كل تركيز منها مرفوع إلى قوة عددية تساوي عدد الجزيئات التي تظهر في معادل التفاعل الموزونة.

فإن كانت v1 هي سرعة تفاعل المادة A مع المادة B في التفاعل السابق:

aA + bB  ↔ cC + dD

فإنه حسب قانون فعل الكتلة يمكننا أن نكتب v1 بالشكل التالي:

v1=k1(aA)^a.(aB)^b

وإن كانت v2  هي سرعة تفاعل المادة C مع D في التفاعل السابق، فإنه يمكننا أن نكتب  v2 بالشكل التالي:

v2=k2( aC)^c.(aD)^d

حيث أن k1 و k2 ثابتان

وعندما تستتب حالة التوازن، تصبح السرعة الأولى هي نفس السرعة الثانية أي أن:

v1=v2

k1(aA)^a.(aB)^b = k2( aC)^c.(aD)^d

ويدعى k هو ثابت التوازن وهو ثابت طالما أن درجة الحرارة ثابتة.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما مضمون قانون فعل الكتلة"؟