قانون فعل الكتلة وثابت الاتزان
The Law of Mass Action and Equilibrium Constant
- ينص قانون فعل الكتلة ( The Low of Mass Action ) على أنه:
(عند درجة حرارة معينة فإن سرعة التفاعل تتناسب طردياً مع حاصل ضرب تركيز المواد المتفاعلة مرفوعاً كل مادة لقوى مناسبة).
- ويمكن الاستفادة من قانون فعل الكتلة في التوصل لقانون ثابت الاتزان.
- فلو افترضنا التفاعل المتزن التالي:
a A (g) + bB (g) = c C (g) + d D (g)
وإذا علمت أيضاً أن كل من التفاعلين العكسيين يتمان في خطوة واحدة.
سرعة التفاعل الأمامي:
Rf = kf [A]a x [B]b
سرعة التفاعل العكسي:
Rf = kf [A]a x [B]b
حيث أن:
kf = ثابت سرعة التفاعل الأمامي
kr = ثابت سرعة التفاعل العكسي
وعند الاتزان فإن:
سرعة التفاعل الأمامي (Rf) = سرعة التفاعل العكسي (Rr)
العلاقة السابقة تسمى قانون الاتزان او قانون فعل الكتلة.
- كما لاحظت أن هناك علاقة تربط بين كميات المواد المتفاعلة وكميات المواد الناتجة في التفاعل المتزن.
- فمثلاً عند قسمة (حاصل ضرب تراكيز المواد الناتجة على حاصل ضرب تراكيز المواد المتفاعلة مرفوعاً تركيز كل مادة منها إلى أس يساوي معامله)
- يعطي قيمة ثابتة لا تتغير عند ثبوت درجة الحرارة . وهذه القيمة تسمى بثابت الاتزان ويرمز لها بـ Kc .
- وبذلك يمكن استنتاج قانون الاتزان بمعلومية قانون سرعة التفاعل إذا كان التفاعل كما أشرنا يتم في خطوة واحدة ، وسوف نأخذ أمثلة على ذلك.
مسائل محلولة على قانون فعل الكتلة
مثال (1): استنتج قانون الاتزان للتـفـاعـل التـالـي مـن قـانـون سـرعـة الـتـفـاعل
N2 (g) + 3H2 (g) = 2 NH3 (g)
علماً بأن التفاعلين الأمامي والعكسي يتم كل منهما في خطوة واحدة.
الحل:
سرعة التفاعل الأمامي:
Rf = kf [N2] x [H2]3
سرعة التفاعل العكسي:
R = kr [NH3]2
وعند الاتزان فإن : سرعة التفاعل الأمامي (Rf) = سرعة التفاعل العكسي (Rr)
ويمكن أيضاً استنتاج قانون الاتزان للتفاعلات التي تمر بأكثر من خطوة كما في المثال التالي:
مثال (2): استنتج قانون الاتزان للتفاعل التالي من قانون سرعة التفاعل
2A + B = A2B
علماً بأن التفاعل يمر بخطوتين وهما:
(1) 2A = A2
A2 + B = A2B (2)
الحل:
نوجد قانون الاتزان للخطوة الأولى من التفاعل: (2A = A2)
سرعة التفاعل الامامي
Rf = kf [A]2
سرعة التفاعل العكسي
Rr = kr [A2]
وعند الاتزان فإن:
سرعة التفاعل الأمامي (Rf) = سرعة التفاعل العكسي (Rr)
نوجد قانون ثابت الاتزان للخطوة الثانية من التفاعل: ( A2 + B = A2B )
سرعة التفاعل الأمامي
Rf = kf [A2] x [B]
سرعة التفاعل العكسي
Rr = kr [A2B]
وعند الاتزان فإن :
سرعة التفاعل الأمامي (Rf) = سرعة التفاعل العكسي (Rr)
نلاحظ أن حاصل جمع التفاعلين يعطي التفاعل المطلوب:
من ۱ و ۲ نعوض في القانون السابق:
مـثـال (3): إذا كـان ثابت سرعـة الـتـفـاعـل الأمـامـي يساوي 0.63 وثابت سرعة التفاعل الخلفي 1.4 لتفاعل متزن احسب ثابت الاتزان.
الحل:
