مخبرية
الكيمياء

يعرّف التوازن الكيميائي بأنه الحالة التي تكون فيها سرعة التفاعل المباشر مساويةً لسرعة التفاعل ذو الإتجاه المعاكس، إضافةً لثبات تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة لفترةٍ من الزمن، وهذا التوازن يحدث في التفاعلات العكوسة التي تتفاعل فيها المواد الناتجة منها لتعيد تشكيل المواد التي تفاعلت لتشكيلها، وفيها تبقى تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة تتغير بشكلٍ مستمرٍ حتى تصل للتوازن.

يتمّ توازن التفاعل الكيميائي وفق آليّةٍ معينة، فهو يمثل تفاعلًا ديناميكيًّا أي أنّه عند وصوله لمرحلة التوازن لا يتوقف حدوثه في أيٍّ من الإتجاهين بل يبقى في حالة إستمراريّة بوقتٍ واحدٍ وبسرعةٍ متساوية، وكمثال على هذه الحالة التفاعل العكوس الذي يُشكل أكسيد النيتروجين من خلال غاز رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين/ وفق المعادلة التالية:

(N2O4 (g) ⇆ 2NO2(g

عند بداية التفاعل يتواجد N2O4 في الوسط المتفاعل لوحده وبعد مدة من الزمن يتحول إلى غاز NO2 والذي يرتفع تركيزه بشكلٍ تدريجيٍّ مقابل تناقص تركيز غاز N2O4 حتى يصل كلٍّ منهما لمرحلة الثبات ويسمّى حينها تركيز التوازن، ويتمّ الوصول إلى ثابت التوازن اعتمادًا على تراكيز جميع مواد الوسط الموجودة عند التوازن والذي يُرمز له بـ( K )، ويمثل ثابت التوازن قيمةً عدديّةً تخص كلّ تفاعلٍ على حدى وفق درجة حرارةٍ معينة ويمكننا من خلاله معرفة قيمة تراكيز المواد المتفاعلة إن كانت أعلى من تراكيز المواد الناتجة أو كان الأمر بالعكس عند الوصول لحالة التوازن والثبات الكيمائي، ويمكن أيضًا بواسطة هذا الثابت التأكد من وصول التفاعل إلى حالة التوازن، وللثابت قانونٌ يتم استنتاجه من خلال التفاعل المُفترض التالي:

aA + bB ⇆ cC + dD

  • تعبر قيمتا C و D عن تراكيز المواد الناتجة مُقدرةً بواحدة مول/ الليتر.
  • كما تعبر قيمتا A و B عن تراكيز المواد المُتفاعلة مُقدرةً بواحدة المول/ الليتر.
  • ّأمّا(d ، c ، b ، a) فهي عبارة عن قيم المكافئات المولية لكل عنصرٍ في التغاعل.

ومن خلال ذلك يصبح قانون ثابت التوازن للتفاعل كما يأتي مع الإنتباه إلى أنّ الثابت لا واحدة له:

العوامل المؤثرة على التوازن في التفاعل:

تعتمد التأثيرات الحاصلة على مبدأ لوشاتيليه والتي تشمل تأثير تراكيز المواد ودرجة الحرارة لوسط التفاعل والضغط إضافةً لتغير الوسيط على سرعة التفاعل في الإتجاهين بهدف العودة إلى حالة التوازن كما يلي:

  • التركيز: عند زيادة التركيز للمواد المتفاعلة يؤدي ذلك لإنزياح التفاعل في الإتجاه المباشر وبالتالي ازدياد استهلاك المواد المتفاعلة وانخفاض تركيزها للوصول إلى حالة التوازن، وفي نفس الوقت يكون تركيز المواد الناتجة منخفضًا وبالتالي ينزاح التفاعل نحو الإتجاه المباشر فيزداد تركيز المواد الناتجة ليعود التوازن للتفاعل من جديد، وعند انخفاض تركيز المواد المتفاعلة فسيتجه التفاعل للإتجاه العكسي مما يؤدي لارتفاع تركيز المواد الناتجة وبالتالي اتجاه التوازن نحو التفاعل العكسي مما يخفض من تركيز المواد الناتجة حتى الوصول لحالة التوازن من جديد.
  • حرارة الوسط: لدى ازدياد حرارة التفاعل في أيٍّ من الإتجاهين فينزاح التوازن في الإتجاه الذي يخفض الحرارة والعكس صحيح.
  • الضغط الغازي: عند ازدياد الضغط ينزاح التفاعل في الإتجاه الذي يسبب انخفاضه أي إلى الجهة التي تكون عدد مكافئاتها المولية الغازية أقل، وعند انخفاض الضغط سينزاح التفاعل بالإتجاه الذي يرفع الضغط أي الجهة التي تملك عدد مكافئات مولية أكبر.
  • الوسيط الكيميائي للتفاعل: يسبب الوسيط زيادة سرعة التفاعل في الإتجاهين معًا، لذلك لا يؤثر على انزياح التوازن كون التراكيز تحافظ على ثباتها لكن مهمته تكمن في تسريع الوصول للتوازن الكيميائي وبالتالي التقليل من التكاليف عند التطبيق.

أكمل القراءة

0

هل لديك إجابة على "ما معنى التوازن الكيميائي"؟