قانون فعل الكتلة هو أن التفاعلين الأمامي والعكسي عند الوصول إلى حالة التوزان يحدثان بنفس معدل الـسرعة ولا تتغير تركيزات المواد الداخلة و المواد الناتجة مع مرور الزمن،وينص قانون فعل الكتلة على أن معدل أي تفاعل كيميائي يتناسب مع ناتج تراكيز المواد المتفاعلة عند درجة حرارة ثابتة، بحيث أن كل كتلة ترفع إلى قوة (أس) مساوية للمعامل (عدد جزيئاتها المستخدمة في التفاعل) الذي يحدث في المعادلة الكيميائية، أول من صاغ هذا القانون هما العالمين النرويجيين كاتو جولدبرغ(Cato Guldberg) وبيتر واجي(Peter Waage) في الفترة ما بين عامي 1864-1879، وقد كان هذا القانون مفيدًا للحصول على معادلة التوازن الصحيحة للتفاعل.

بالنسبة للتفاعل غير الجزيئي (متساوي الجزيئات) يزداد معدل التفاعل بشكل خطي مع تركيز المادة المتفاعلة لأن لكل جزيء متفاعل نفس احتمالية التفاعل خلال فترة زمنية ثابتة، وقد تم تطوير قانون فعل الكتلة من الأساس لوصف نظام التوازن والذي يعني أن A و B يستمران في التفاعل لتشكيل C و D اللتين يتفاعلان لإعطاء A و B ثانية حتى استتباب حالة التوازن أي A + B ↔ C + D، وبذلك يكون الحاصل [A] [B] / [C] [D] ثابتًا وهو Keq، حيث الرمز[ ] يشير إلى تركيز المادة، أما بالنسبة للتفاعل ثنائي الجزيء يكون معدل التفاعل متناسبًا مع ناتج تركيزات المواد المتفاعلة.

حيث في التفاعل المتساوي الجزيئات (الغير جزيئي):

A + B ↔ C + D

بفرض أن الرمز C يشير إلى تركيز العناصر الداخلة في التفاعل في لحظة معينة خلال عملية التفاعل، وبالتالي فإن تركيز العناصر A وB وC وD هو C’A وC’B وC’C وC’D على الترتيب، وبذلك ووفقًا لقانون فعل الكتلة فإن معدل التفاعل (RAB) بين العنصرين A وB في لحظة ما هو:

RAB = k1*C’A*C’B حيث k1 ثابت التناسب وهو يعتمد على كتلة المواد المتفاعلة ودرجة الحرارة.

خلال التفاعل تنخفض تركيزات المواد المتفاعلة A و Bوبذلك ينخفض ​​معدل تفاعلها أيضًا بمرور الوقت.

وبالمثل معدل التفاعل المعاكس (RCD) بين C و D في تلك اللحظة هو:

RCD = K2*C’C*C’D حيث K2 ثابت التناسب.

يزداد تركيز C و Dوبالتالي يزداد معدل  RCDأيضًا، ولكن ستكون هناك لحظة ستتساوى فيها معدلات التفاعل في الاتجاهين المتعاكسين أي RAB = RCD، وهي اللحظة التي يكون التفاعل فيها بحالة توازن ولن يحدث بعدها تغيير في تركيز مكونات التفاعل بعد ذلك، وعند تلك اللحظة سنرمز للتركيز بالرمزC بدلاً من C ‘ وبذلك يكون لدينا:

RAB = RCD

k1*CA*CB = k2*CC*CD

أي Kc=k1/k2=CA*CB/CC*CD وهو ثابت يسمى ثابت التوازن، وهذا القانون في حالة التوازن المتساوي الجزيئات.

أما في حال كان التفاعل متعدد الجزيئات؛ أي بفرض لدينا التفاعل التالي 2A + 3B ↔ C + 2D سيكون معدل التفاعل ومعدل التفاعل المعاكس في هذه الحالة على الشكل:

قانون فعل الكتلة

وفي حالة التوازن يكون:

قانون فعل الكتلة

وثابت التفاعل في هذه الحالة يساوي:

قانون فعل الكتلة

أي أن المعاملات (عدد الجزيئات) في معادلة متكافئة تصبح بشكل قوة أسية للتركيزات، وبشكل عام بفرض لدينا التفاعل المتعدد الجزيئات التالي:

aA + bB + cC + ….. → dD + eE + fF + …….

فإن ثابت التوازن Kc في هذه الحالة سيكون بالشكل:

قانون فعل الكتلة

أكمل القراءة

قانون فعل الكتلة هو عبارة عن علاقة رياضية تشرح وتتنبأ بسلوكيات المحاليل في التوازن الكيميائي، وينص على أن معدل التفاعل الكيميائي يتناسب طرديًا مع ناتج كتل المواد المتفاعلة، وذلك عند درجة حرارة محددة في تلك اللحظة، يقسم إلى قسمين الأول يسمى توازني الذي يصف تركيبة مواد التفاعل في حالة التوازن، والثاني يسمى ديناميكي، والذي يهتم بمعادلة سرعة التفاعل الكيميائي المتوازن. وقد أقره ما بين عامي 1864و 1879 العالمان النرويجان كاتو كولدبرغ وبيتر ويج.

وتعرف الكتل المتفاعلة الداخلة في التفاعل بأنها التركيز المولي لكل وحدة من الحجم لتلك المادة. وبشكل عام هناك عدد من الأمور التي تؤثر في التفاعل الكيميائي ومنها:

  • تركيز المواد الداخلة في التفاعل، فكلما زاد تركيزها زاد معدل التفاعل الكيميائي.
  • الضغط عند إجراء التفاعل الكيميائي، وهناك عدة متغيرات تخص الضغط وهي:
    • انخفاض الضغط مع زيادة الحجم تؤدي إلى زيادة سرعة التفاعل الكيميائي.
    • ازدياد الضغط المترافق مع نقصان في الحجم يؤدي إلى ازدياد سرعة التفاعل الكيميائي.
  • إن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة معدل سرعة التفاعل الكيمائي.
  • كما تتأثر أيضًا بالضوء وحجم الجسيمات الداخلة في التفاعل، فتزداد سرعة التفاعل الكيميائي كلما زادت مساحة سطح المادة المتاحة للتفاعل الكيميائي، وبهذا تزداد سرعة التفاعل الكيميائي في حال كانت المواد المتفاعلة جسيمات صلبة أكثر من كونها غازية.

أما فيما يخص العلاقة الرياضية لقانون فعل الكتلة فلنفترض أن لدينا التفاعل الآتي:

وبتطبيق قانون فعل الكتلة تنتج الصيغة الرياضية:


حيث أن Rate f هو معدل سرعة التفاعل الأمامي، و Rate r هو معدل سرعة التفاعل العسكي.

ويسمى خليط مكونات التفاعل مع المواد الناتجة في حالة التوازن الكيميائي بخليط التوازن. أما تركيز المواد الداخلة في التفاعل والمواد الناتجة عن التفاعل في حالة التوازن الكيميائي فتسمى تراكيز التوازن.

فيما يعرف ثابت التوازن على أنه الناتج من قسمة تركيزات التوازن للمنتجات على تركيزات التوازن للمواد الداخلة في التفاعل، مع رفع كل تركيز للأس الذي يساوي قيمة تكافؤ المادة في المعادلة الكيميائية المتوازنة، يرمز له بالحرف K.


فعندما نستخدم التراكيز المولارية للعناصر الداخلة والناتجة من التفاعل الكيميائي المتوازن فإن ثابت التوازن يرمز له بالرمز Kc.
أما عندما نستخدم الضغوط الجزيئية في حال كانت المواد الداخلة والناتجة من التفاعل الكيميائي هي غازات فيرمز لثابت التوازن بالرمز Kp.

أما فيما يخص التنبؤ بمسار اتجاه التفاعل الكيميائي، فهناك ما يسمى حاصل تركيز تفاعل كيميائي والذي يساوي ناتج قسمة تركيزات التوازن على تركيزات المواد الداخلة في التفاعل، وكل منها مرفوع للأس الذي يساوي تكافؤ المادة، وذلك في درجة حرارة ثابتة، ويرمز له بالرمز Qc.

وفي حالة التوازن الكيميائي فإن حاصل التركيز في التفاعل الكيميائي يساوي ثابت التركيز. فعندما يكون Qc أكبر من K فإن التفاعل يسير بالاتجاه العكسي أي باتجاه المواد الداخلة في التفاعل. أما عندما يكون Qc أصغر من K فإن التفاعل يسير للأمام أي باتجاه المواد الناتجة عن التفاعل. وعندما يتساوى Qc مع K فإن التفاعل يكون في حالة توازن بحيث لا يحدث تفاعل نقي.

أكمل القراءة

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