Question

ما هي العوامل المؤثرة على حالة الاتزان الكيميائي؟

Answer 1

العوامل المؤثرة على حالة الاتزان

نجد أن العوامل المؤثرة على حالة الاتزان هي:

(1) التركيز

(2) الضغط

(3) درجة الحرارة

(4) المواد الحفازة

-  المواد الحفازة تؤثر على حـالة الاتزان وذلك لأنها تزيد سرعة التفاعل الأمامي وسرعة التفاعل العكسي على حد سواء.

- المادة السامة للمادة الحفازة لا تؤثر على حالة الاتزان لأن المادة الحافزة نفسها لا تؤثر على حالة الاتزان.

مبدأ لوشاتيليه: 

إذا تعرضت مـجـمـوعـة مـن المواد في حالة اتزان لتـغيـر مـا فـإن المجموعة تعتريها عمليات مضادة للتغير الذي تعرضت له المجموعة بحيث تقلل من أثره.

مبدأ لوشاتيليه في التفاعلات 

إذا اثر مـؤثـر مـا مثل درجة الحرارة أو الضغط أو التركيز على تفاعل كيميائي في حالة اتزان فإن التفاعل يسير في الاتجاه الذي يقاوم هذا المؤثر.

أولاً/ أثر التركيز على حالة الاتزان

- يمكن تلخيص أثر التركيز على حالة وثابت الاتزان كما يلي:

- ولتوضيح اثر التركيز على حالة الاتزان سوف نأخذ التفاعل المتزن التالي:

  A _(aq) + B _(aq) = C _(aq) + D _(aq)

- إذا إضيف كمية من المادة (A) سوف ينتج عن ذلك زيادة في تركيز (كمية) المواد الناتجة ويمكن تفسير ذلك حسب مبدأ لوشاتيليه كما يلي:

عند زيادة كـمـيـة (تركـيـز) المادة (A) فإن هذا يعني زيادة في تركيز المواد المتفاعلة وبذلك سوف يختل الاتزان ، ورد الفعل الطبيعي هو استهلاك (تقليل) جـزء من المادة (A) حيث تتفاعل جزء من المادة (B) مع كمية من المادة (A) لينتج زيادة من المواد الناتجة (C, D)

ملاحظة هامة:

(تغيير الضغط الجزئي لأحد المواد المتفاعلة أو الناتجة له نفس تأثير تغيير التركيز على الاتزان)

مسائل محلولة على أثر التركيز على حالة الاتزان 

مثال (1): حسب التفاعل التالي:

CO _(g) + NO_{2 (g)} = CO_{2 (g)} + NO _(g)

بين أثر التغيرات التالية:

(1) زيادة كمية (NO₂)

(2) نقص كمية (NO₂)

(3) زيادة كمية (CO₂)

(4) نقص كمية (CO₂)

على ما يلي : 

(أ) حالة الاتزان

(ب) كميات المواد المتفاعلة و المواد الناتجة

(ج) قيمة ثابت الاتزان

الحل:

(أ) بالنسبة لتأثير التغيرات على حالة الاتزان:

(1) زيادة كمية (NO₂) : يؤدي إلى انزياح الاتزان نحو اليمين (باتجاه المواد الناتجة)

(2) نقص كمية (NO₂) : يؤدي إلى انزياح الاتزان نحو اليسار (باتجاه المواد المتفاعلة) 

(3) زيادة كمية (CO₂) : يؤدي إلى انزياح الاتزان نحو اليسار (باتجاه المواد المتفاعلة)

(4) نقص كمية (CO₂) : يؤدي إلى انزياح الاتزان نحو اليمين (باتجاه المواد الناتجة)

(ب) بالنسبة التأثير التغيرات على كميات المواد المتفاعلة والناتجة:

(1) عندما تزداد كمية (NO₂):

تنقص كمية (CO) ، تزداد كمية (CO₂) ، تزداد كمية (NO)

(2) عندما تنقص كمية (NO₂):

تزداد كمية (CO) : تنقص كمية (CO₂) ، تنقص كمية (NO)

(3) عندما تزداد كمية (CO₂) :

تنقص كمية (NO) ، تزداد كمية (CO) ، تزداد كمية (NO₂)

(4) عندما تنقص كمية (CO₂) : 

تزداد كمية (NO) ، تنقص كمية (CC) ، تنقص كمية (NO)

(جـ) بالنسبة لتأثير التغيرات على قيمة ثابت الاتزان

زيادة أو نقص كمية أو تركيز أحد المواد المتفاعلة أو الناتجة لا يؤدي إلى تغير في قيمة ثابت الاتزان.

Answer 2

ثانياً/ أثر الضغط على حالة وثبات الاتزان

- يمكن تلخيص أثر الضغط على حالة وثبات الاتزان كما يلي:

- وهذا يعني أن زيادة الضغط يجعل التفاعل ينزاح نحو الاتجاه ذو عدد المولات الأقل ، وانقاص الضغط يجعل التفاعل ينزاح نحو الاتجاه ذو عدد المولات الأكثر ، أما عند تساوي عدد المولات فإن زيادة أو نقص الضغط لا يؤثر على حالة الاتزان.

Δn = مجموع عدد مولات (معاملات) المواد الغازية الناتجة - مجموع عدد مولات ( معاملات) المواد الغازية المتفاعلة.

ملاحظات هامة
(1) الضغط لا يؤثر إلا على المادة الغازية فقط.
(2) الضغط يتناسب طردياً مع التركيز وعكسياً مع الحجم.
(3) الضغط يعتمد على عدد مولات الغاز (عدد جزيئات الغاز). 

- من المعلوم أن ضغط الغاز ناتج عن تصادم جـزيئـات الـغـاز مـع جدران الوعاء الحاوي له ، ویزداد الضغط بازدياد عدد جزيئات الغاز.

- وعند زيادة الضغط (انقاص حجم وعاء التفاعل) لتفاعل في حالة الاتزان فإن النظام سوف يتجه نحو الجهة التي يقلل فيها من أثر الضغط ( حسب مبدأ لوشاتيليه) أي سوف يتجه الاتزان نحو الجهة التي عدد جزيئاتها أقل ، وهذا يؤدي إلى تقليل الضغط.

- أما عند انقاص الضغط (زيادة حجم وعاء التفاعل) لتفاعل في حالة اتزان فإن النظام سوف يتجه نحو الجهة التي عدد جزيئاتها أكبر ، وذلك لتقليل أثر النقص في الضغط.

- أما في حالة تساوي اعداد مولات المتفاعلات والنواتج فإن زيادة أو نقص الضغط لا تؤثر في كميات المتفاعلات والنواتج عند الاتزان لأن النظام لا يستطيع أن يزيل أثر هذا التغير.

مسائل محلولة على أثر الضغط على حالة وثبات الاتزان

مثال (1): حسب التفاعل التالي:

 _(g)2 H_{2 (g)} + O_{2 (g)} = 2 H₂O

(1) بين اثر زيادة الضغط الكلي ( إنقاص الحجم ) على كل مما يلي:

- حالة الاتزان

- كميات المواد المتفاعلة و المواد الناتجة

- قيمة ثابت الاتزان

(2) بين اثر إنقاص الضغط الكلي ( زيادة الحجم ) على كل مما يلي:

- حالة الاتزان

- كميات المواد المتفاعلة و المواد الناتجة

- قيمة ثابت الاتزان

الحل:

لاحظ أن عدد مولات الغازات المتفاعلة أكبر من عدد مولات الغازات الناتجة

(1) اثر زيادة الضغط الكلي ( إنقاص الحجم ) على:

- حالة الاتزان:

عدد مولات المواد المتفاعلة = 3 ، عدد مولات المواد الناتجة = 2

بما أن عدد المولات للمواد المتفاعلة أكبر من الناتجة لذلك سوف يتجه الاتزان نحو الجهة التي عدد مولاتها (جزيئاتها) أقل ، وذلك لتقليل أثر الزيادة في الضغط ، أي أن الاتزان سوف ينزاح نحو اليمين (باتجاه المواد الناتجة)

- كميات المواد المتفاعلة والناتجة:

تنقص كمية (H₂) ، تنقص كمية (O₂) ،  تزداد كمية (H₂O)

- قيمة ثابت الاتزان :

زيادة أو نقص الضغط الكلي على المجموعة لا يؤدي إلى تغير في قيمة ثابت الاتزان

(2) اثر إنقاص الضغط الكلي ( زيادة الحجم ) على:

- حالة الاتزان:

عدد مولات المواد المتفاعلة = 3  ، عدد مولات المواد الناتجة = 2

بما أن عدد المولات للمواد المتفاعلة أكبر من الناتجة لذلك سوف يتجه الاتزان نحو الجهة التي عـدد مـولاتهـا (جزيئاتها) أكـبـر ، وذلك لتقليل أثر النقص في الضغط . أي أن الاتزان سـوف ينزاح نحو اليسار (باتجاه المواد المتفاعلة).

- كميات المواد المتفاعلة والناتجة:

تزداد كمية (H₂) ، تزداد كمية (O₂) ، تنقص كمية (H₂O)

- قيمة ثابت الاتزان:

زيادة أو نقص الضغط الكلي على المجموعة لا يؤدي إلى تغير في قيمة ثابت الاتزان.

Answer 3

مثال (2): حسب التفاعل التالي:

 _(g) 2NH_{3 (g)} = 3 H_{2 (g)} + N₂

(1) بين اثر زيادة الضغط الكلي (إنقاص الحجم) على كل مما يلي:

- حالة الاتزان

- كميات المواد المتفاعلة و المواد الناتجة

- قيمة ثابت الاتزان

(2) بين أثر إنقاص الضغط الكلي (زيادة الحجم) على كل مما يلي:

- حالة الاتزان

- كميات المواد المتفاعلة و المواد الناتجة

- قيمة ثابت الاتزان

الحل:

لاحظ أن عدد مولات الغازات الناتجة أكبر من عدد مولات الغازات المتفاعلة

(1) اثر زيادة الضغط الكلي ( إنقاص الحجم ) على:

- حالة الاتزان:

عدد مولات المواد المتفاعلة = 2 ، عدد مولات المواد الناتجة = 4

بما أن عدد المولات للمواد الناتجة أكبر من المتفاعلة لذلك سوف يتجه الاتزان نحو الجهة التي عـدد مـولاتها (جزيئاتها) أقل ، وذلك لتقليل أثر الزيادة في الضغط . أي أن الاتزان سـوف ينزاح نحو اليسار (باتجاه المواد المتفاعلة)

- كميات المواد المتفاعلة والناتجة:

تنقص كمية (N₂) ، تنقص كمية (H₂) ، تزداد كمية (NH₃)

- قيمة ثابت الاتزان:

زيادة أو نقص الضغط الكلي على المجموعة لا يؤدي إلى تغير في قيمة ثابت الاتزان.

(2) اثر إنقاص الضغط الكلي ( زيادة الحجم ) على:

- حالة الاتزان:

عدد مولات المواد المتفاعلة = 2 ، عدد مولات المواد الناتجة = 4

بما أن عدد المولات للمواد الناتجة أكبر من المتفاعلة لذلك سوف يتجه الاتزان نحو الجهة التي عـدد مـولاتها (جزيئاتها) أكـبـر ، وذلك لتقليل أثر النقص في الضغط . أي أن الاتزان سوف ينزاح الاتزان نحو اليمين (باتجاه المواد الناتجة) .

 كميات المواد المتفاعلة والناتجة:

تزداد كمية (N₂) ، تزداد كمية (H₂) ، تنقص كمية (NH₃)

- قيمة ثابت الاتزان:

زيادة أو نقص الضغط الكلي على المجموعة لا يؤدي إلى تغير في قيمة ثابت الاتزان

مثال (3): حسب التفاعل التالي:

2HCl _(g) =  H_{2 (g)} + Cl_2 (g)

(1) بين أثر زيادة الضغط الكلي ( إنقاص الحجم ) على كل مما يلي: 

- حالة الاتزان

- كميات المواد المتفاعلة و المواد الناتجة

- قيمة ثابت الاتزان

(2) بين اثر إنقاص الضغط الكلي ( زيادة الحجم ) على كل مما يلي:

- حالة الاتزان

- كميات المواد المتفاعلة و المواد الناتجة

- قيمة ثابت الاتزان

الحل:

لاحظ أن عدد مولات الغازات الناتجة يساوي عدد مولات الغازات المتفاعلة

عدد مولات المواد المتفاعلة = 2 ، عدد مولات المواد الناتجة = 2

عند تساوي عدد المولات فإن زيادة الضغط الكلي (إنقاص الـحـجـم) أو إنقاص الضغط الكلي (زيادة الحجم) لن يؤثر على حالة الاتزان.

ولا يؤثر على كـمـيـات المواد المتفاعلة والمواد الناتجة ، ولا علـى قـيـمـة ثابت الاتزان ، ولكن التراكيز تزداد بنفس النسبة عند زيادة الضغط ، وتنقص التراكيز بنفس النسبـة عند نقص الضغط.

Answer 4

ثالثاً / أثر درجة الحرارة على حالة الاتزان

ولمعرفة اثر درجة الحرارة سوف نقسم التفاعلات إلى:

(أ) تفاعلات ماصة للحرارة ( ΔH = +)

أثر زيادة درجة الحرارة على الاتزان حسب مبدأ لوشاتيليه: 

N₂O_{4 (g)} + 14 kcal = 2 NO_{2 (g)}

حسب التفاعل التالي:

في هذه الحالة نعتبر الحرارة كما لو كانت مادة متفاعلة ، وبذلك فعند زيادة درجة الحرارة فكأنه أضيف إلى الـتـفـاعـل مـادة مـتـفـاعـلـة ورد الفعل الطبيعي هو اسـتـهـلاك جـزء من المواد المتفاعلة وذلك بأن تتفكك N₂O₄ لتنتج زيادة من NO₂ حتى يصل إلى حالة اتزان جديدة.

مثال (1): حسب التفاعل:

N₂O_{4 (g)} = 2 NO_{2 (g)}  

ΔH = 14 kcal

(۱) بين اثر زيادة درجة الحرارة على كل من:

- حالة الاتزان

- كميات المواد المتفاعلة و المواد الناتجة

- قيمة ثابت الاتزان

(۲) بين اثر إنقاص درجة الحرارة على كل من:

- حالة الاتزان

- كميات المواد المتفاعلة و المواد الناتجة

- قيمة ثابت الاتزان

الحل:

- إشارة حرارة التفاعل بالموجب فأن التفاعل ماص للحرارة

- في هذه الحالة نعتبر الحرارة كما لو كانت مادة متفاعلة

N₂O_{4 (g)} + 14 kcal = 2 NO_2 (g)

(1) أثر زيادة درجة الحرارة على:

- حالة الاتزان:

رفع درجة الحرارة يعني زيادة مادة متفاعلة لذلك سوف ينزاح الاتزان نـحـو اليمين باتجاه المواد الناتجة )

- كميات المواد المتفاعلة والناتجة:

تزداد كمية (NO₂) ، تنقص كمية (N₂O₄)

- قيمة ثابت الاتزان:

زيادة درجة الحرارة يزيد من قيمة ثابت الاتزان وذلك لزيادة قيمة البسط ونقص قيمة المقام

(2) اثر إنقاص درجة الحرارة على :

- حالة الاتزان:

إشارة حرارة التفاعل بالموجب فأن التفاعل ماص للحرارة

إنقاص درجـة الحـرارة يعني نقص مـادة مـتـفـاعلة لذلك سوف ينزاح الاتزان نحـو الـبـسار ( باتجاه المواد المتفاعلة ) .

- كميات المواد المتفاعلة والناتجة:

تنقص كمية (NO₂) ، تزداد كمية (N₂O₄) ، 

- قيمة ثابت الاتزان:

نقص درجة الحرارة يقلل من قيمة ثابت الاتزان وذلك لزيادة قيمة المقام ونقص قيمة البسط

Answer 5

(ب) تفاعلات طاردة للحرارة ( ΔH = -)

أثر زيادة درجة الحرارة على الاتزان حسب مبدأ لوشاتيليه :

حسب التفاعل التالي:

2SO_{2 (g)} + O_2(g) = 2 SO_{3 (g)} + 46 kcal

في هذه الحالة نعتبر الحرارة كما لو كانت مادة ناتجة ، وبذلك فعند زيادة درجة الحرارة فكأنه أضيف إلى التفاعل مادة ناتجة ورد الفعل الطبيعي هو استهلاك جزء من المواد الناتجة وذلك بأن تتفكك SO₃ لتنتج زيادة من SO₂ و O₂ حتى يصل إلى حالة اتزان جديدة.

مثال (2): انظر للتفاعل :

2SO_{2 (g)} + O_{2 (g)} = 2 SO_{3 (g)}   

ΔH = - 46 kcal

(۱) بين اثر زيادة درجة الحرارة على كل من:

- حالة الاتزان

- كميات المواد المتفاعلة و المواد الناتجة

- قيمة ثابت الاتزان

(۲) بين اثر إنقاص درجة الحرارة على كل من:

- حالة الاتزان

- كميات المواد المتفاعلة و المواد الناتجة

- قيمة ثابت الاتزان

الحل: 

إشارة حرارة التفاعل بالسالب فأن التفاعل طارد للحرارة

في هذه الحالة نعتبر الحرارة كما لو كانت مادة ناتجة.

2SO_{2 (g)} + O_2(g) = 2 SO_{3 (g)} + 46 kcal

(1) أثر زيادة درجة الحرارة على:

- حالة الاتزان:

رفع درجة الحرارة يعني زيادة مادة ناتجة لذلك سوف ينزاح الاتزان نحو اليسار (باتجاه المواد المتفاعلة )

- كميات المواد المتفاعلة والناتجة :

تنقص كمية (SO₃) ، تزداد كمية (O₂) ، تزداد كمية (SO₂) 

- قيمة ثابت الاتزان :

زيادة درجة الحرارة يقلل من قيمة ثابت الاتزان وذلك لزيادة قيمة المقام ونقص قيمة البسط

(2) اثر إنقاص درجة الحرارة على:

- حالة الاتزان:

إشارة حرارة التفاعل بالسالب فأن التفاعل طارد للحرارة

 إنقاص درجة الحرارة يعني نقص مادة ناتجة لذلك سوف ينزاح الاتزان نحو اليمين باتجاه المواد الناتجة )

- كميات المواد المتفاعلة والناتجة:

تزداد كمية (SO₃) ، تنقص كمية (O₂) ، تنقص كمية (SO₂)

- قيمة ثابت الاتزان:

نقص درجة الحرارة يزيد من قيمة ثابت الاتزان وذلك لزيادة قيمة البسط ونقص قيمة المقام

ملاحظات:

(۱) تزداد قيمة ثابت الاتزان بارتفاع في درجة الحرارة في التفاعلات الماصة للحرارة. 

(۲) نقل قيمة ثابت الاتزان بارتفاع في درجة الحرارة في التفاعلات الطاردة للحرارة.

(ج)  تفاعلات لا طاردة ولا ماصة للحرارة ( ΔH = صفر)

في هذه الحالة عند زيادة أو نقص درجة الحرارة فإن ذلك لا يؤثر على حالة الاتزان ، ولا على كميات المواد المتفاعلة أو الناتجة ، ولا على قيمة ثابت الاتزان ، لأن الحرارة ليست أحد المواد المتفاعلة أو الناتجة.