الاتزان الكيميائى

قال تعالى : {وَالأَرْضَ مَدَدْنَاهَا وَأَلْقَيْنَا فِيهَا رَوَاسِيَ وَأَنبَتْنَا فِيهَا مِن كُلِّ شَيْءٍ مَّوْزُونٍ} (19) سورة الحجر

وحدانية الله عز وجل في هذا الكون ظاهرة للعيان وبادية حتى للعميان ممن أعمى الله بصائرهم من الملحدين والكفار . فكل شيءٍ فيه يدل على أنه واحد متفردٌ بالخلق والتدبير . فالكون محكوم بقدرة الله القادر بمجموعة من القوانين الربانية عرفنا منها نحن البشر ما عرفنا وما لم نعرفه أكثر مما عرفنا {وَمَا أُوتِيتُم مِّن الْعِلْمِ إِلاَّ قَلِيلاً} (85) سورة الإسراء


ومن هذه القوانين ( الطبيعية ) الربانية قانون التوازن ( الاتزان ) ومنها الاتزان الكيميائي وهو موضوعنا في هذا الدرس .

اخواني وأخواتي ... السلام عليكم ورحمة الله وبركاته .....

وأهلاً وسهلاً ومرحباً بكم في درس الاتزان الكيميائي

الأهداف الإجرائية

يتوقع من الطالب / الطالبة في نهاية الدرس أن :
1- يميز بين التفاعلات الانعكاسية والتفاعلات غير الانعكاسية .
2- يعرف حالة الاتزان الكيميائي .
3- يوضح معنى الاتزان النشط .
4- يوضح مفهوم ثابت الاتزان K .
5- يحدد قيمة ثابت الاتزان في قانون الاتزان الكيميائي .
6- يستنتج قانون الاتزان الكيميائي من قانون سرعة التفاعل .
7- يميز بين ثابت الاتزان Kc وثابت الاتزان Kp .
8- يستنتج العلاقة بين ثابت الاتزان Kc وثابت الاتزان Kp .
9- يشرح دلالة قيمة ثابت الاتزان الكيميائي .
10- يعدد العوامل المؤثرة على حالة الاتزان .
11- يعرّف مبدأ لوشاتلييه .
12- يوضح أثر التركيز على حالة الاتزان وقيمة ثابت الاتزان .
13- يفسر أثر تغير تركيز المواد على حالة الاتزان وفق مبدأ لوشاتلييه .
14- يوضح أثر الضغط على حالة الاتزان وقيمة ثابت الاتزان .
15- يفسر على ضوء مبدأ لوشاتلييه أثر تغير الضغط على حالة الاتزان .
16- يوضح أثر درجة الحرارة على حالة الاتزان وقيمة ثابت الاتزان .
17- يفسر على ضوء مبدأ لوشاتلييه أثرتغير درجة الحرارة على حالة الاتزان .
18- يوضح أثر العوامل المساعدة على حالة الاتزان وقيمة ثابت الاتزان .


العرض :

يمكن تقسيم التفاعلات الكيميائية من حيث مدى تحول المواد المتفاعلة إلى نواتج إلى قسمين :

1- تفاعلات تامة ( غير انعكاسية ) وهي التفاعلات التي تتحول فيها كل المواد المتفاعلة إلى نواتج ( تفاعل في اتجاه واحد ) .

مثال : احتراق سكر الجلوكوز

C6H12O6(s) + 6 O2 (g) ------> 6 H2O(g) + 6 CO2



2- تفاعلات غير تامة ( انعكاسية ) وهي التفاعلات التي لا تتحول فيها جميع المواد المتفاعلة إلى نواتج ( تفاعل في اتجاهين ) .

مثال

N2H4(g) = 2H2 (g) + N2(g) i


وحالة الاتزان الكيميائي صفة تتعلق بالتفاعلات الانعكاسية .

فبخار الماء الساخن يتفاعل مع غاز أول أكسيد الكربون لانتاج غاز الهيدروجين وغاز ثاني أكسيد الكربون .

H2O + CO H2 + CO2


وبمجرد تكون كمية كافية من النواتج نجد أن غاز الهيدروجين يتفاعل مع غاز ثاني أكسيد الكربون لانتاج بخار الماء وغاز أول أكسيد الكربون .

H2O + CO H2 + CO2


فنجد أن هناك تفاعلين في وعاءِ واحد تفاعل في الاتجاه الأصلي وتفاعل بالاتجاه العكسي وكل تفاعل منهما له سرعة تفاعل .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
بمرور الزمن نلاحظ نقصان سرعة التفاعل الأصلي نظراً لنقصان تركيز المواد المتفاعلة .


وفي المقابل نجد زيادة في سرعة التفاعل العكسي نظراً لزيادة تركيز المواد الناتجة .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
وفي اللحظة التي تتساوى فيها سرعة التفاعلين الأصلي والعكسي يكون قد وصل التفاعل إلى حالة الاتزان .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
إذاً فحالة الاتزان هي الحالة التي تتساوى عندها سرعة التفاعلين العكسيين .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

وعند حالة الاتزان تثبت تراكيز المواد الموجودة في التفاعل كما تثبت الخواص المرئية مثل اللون .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

ففي تفاعل هابر لتحضير غاز النشادر في الصناعة نجد أن تراكيز كلاً من غاز الهيدروجين وغاز النيتروجين وغاز النشادر ثابتة عند وصول التفاعل إلى حالة الاتزان .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
الاتزان النشط


إن ثبات تركيز المواد في التفاعل المتزن وكذلك ثبات الخواص الفيزيائية لا يعني أن التفاعل قد توقف بل أن هذا السكون الملاحظ ناتج عن تساوي سرعة التفاعلين العكسيين ( حالة الاتزان ) فالتفاعل في الحقيقة نشط وليس متوقفاً كما يبدوا من ثبات التركيز والخواص .


ثابت الاتزان الكيميائي

في أي تفاعل متزن وجد عملياً أن النسبة ما بين تراكيز المواد الناتجة إلى تراكيز المواد المتفاعلة تساوي مقدار ثابت عند درجة حرارة معينة مهما كانت التراكيز الابتدائية للمواد . عرف هذا الثابت باسم ثابت الاتزان الكيميائي .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
وقيمة ثابت الاتزان عبارة عن كسرً بسطه حاصل ضرب تراكيز المواد الناتجة ومقامه يساوي حاصل ضرب تراكيز المواد المتفاعلة مرفوعاً تركيز كل مادة إلى أسٍ يساوي معامل هذه المادة في المعادلة الموزونة .


ويعرف القانون الذي يضم ثابت الاتزان باسم قانون الاتزان الكيميائي .
وهناك مفهوم خاطيء لدى بعض الطلاب وهو ظنهم بأنه عند حالة الاتزان تتساوى تراكيز المواد الناتجة والمواد المتفاعلة وهذا الفهم ليس صحيحاً فثبات التركيز ليس معناه التساوي ، صحيح قد يكون هناك حالات اتزان لتفاعلات معينة تتساوى فيها التراكيز في الطرفين ولكنها نادرة جداً .

والصورتين التاليتين توضحان مفهوم الاتزان النشط .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
استنتاج قانون الاتزان الكيميائي من قانون سرعة التفاعل .



ثابت الاتزان Kc وثابت الاتزان Kp والعلاقة بينهما .

يرمز لثابت الاتزان في تفاعلات المحاليل المائية بالرمز Kc حيث يعبر عن تركيز المواد بالمولارية [...]

NaCl(aq) + AgNO3(aq) = AgCl(s) + NaNO3(aq) i





كما يرمز لثابت الاتزان في تفاعلات الغازات بالرمز Kp حيث يعبر عن تركيز المواد بالضغط الجزئي P
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

والقانون التالي يوضح العلاقة بينهما :
Kp = Kc X RT (∆H) i

حيث ( دلتا اتش ) = عدد مولات النواتج - عدد مولات المواد المتفاعلة .

ملاحظة : المواد ذات التركيز الثابت ( السوائل النقية والمواد الصلبة ) لا تكتب في قانون الاتزان .

دلالة قيمة ثابت الاتزان

القيم الكبيرة لثابت الاتزان K > 1 تدل على أن معظم المواد المتفاعلة تتحول إلى نواتج عند الاتزان

فثابت الاتزان للتفاعل التالي :
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

والقيم الصغيرة K < 1 فتدل على أن معظم المواد المتفاعلة لا تتحول إلى نواتج عند حالة الاتزان

فثابت الاتزان للتفاعل التالي :

AgBr(s) = Ag+(aq) + Br-(aq) i


Ksp = [Ag+][Br-] = 5.0 x 10-13


أما القيمة K = 1 فهذا يدل على أنه عند حالة الاتزان يكون تركيز المواد الناتجة مساوي لتركيز المواد المتفاعلة .

وهذه قيم ثابت الاتزان لبعض التفاعلات .





Selected Equilibrium Constants

REACTION Kc or Kp T

ANTIMONY COMPOUNDS
SbC5(g)=SbC3(g) + C2(g) Kp = 2.5 x 10-2 248C


CARBON COMPOUNDS
CO(g) + 2H2(g)= CH3OH(g) Kc = 14.5(c) 500 K
CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) K=1.9 x 10-23 298 K
K=1.0 1200 K
C(s) + H2O(g)= CO(g) + H2(g) K=1.6 x 10-21 298 K
K=10.0 1100 K
C(graphite) + CO2(g)= 2CO(g) Kc = 0.64 1200 K
CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g) Kc = 1.4 1200 K
C(graphite) + 1/2 O2(g)= CO(g) Kc = 1 x 103 1200 K
CO(g) + C2(g) = COC2(g) Kc = 1.2 x 103 668 K
CO(g) + H2O(g)= CO2(g) + H2(g) Kc = 23.2 ?
2CH4(g) = C2H2(g) + 3H2(g) Kc = 0.154 2000 K
2COF2(g) = CO2(g) + CF4(g) Kc= 2.00 1000C
COC2(g) =CO(g) + C2(g) Kp = 4.44 x 10-2 395C

IODINE COMPOUNDS
H2(g) + I2(g)= 2HI(g) Kc = 50.2 445C
H2(g) + I2(g) = 2HI(g) Kp = 6.9 x 101 340C
I2(g) = 2I(g) Kc = 1.1 x 10-2 1200C

NITROGEN COMPOUNDS
N2(g) + 1/2 O2(g)= N2O(g) Kc= 2.4 x 10-18
N2(g) + O2(g) = 2NO(g) Kc = 4.1 x 10-31
N2(g) + O2(g) = 2NO(g) Kc = Kp = 1.7 x 10-3 2300K
N2O(g) + 1/2 O2(g)= 2 NO(g) Kc = 1.7 x 10-13
2NO(g) + Br2(g) = 2NOBr(g) Kc = 1.32 x 10-2 1000 K
N2O4(g) = 2NO2(g) Kc = 4.61 x 10-3 25C
HCONH2(g)= NH3(g) + CO(g) Kc = 4.84 400 K
N2(g) + 3H2(g)= 2NH3(g) Kc= 152 500 K
N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) Kp= 4.34 x 10-3 300C
Kp = 1.45 x 10-5 500C
Kp = 2.25 x 10-6 600C

OXYGEN COMPOUNDS
2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g) 3.2 x 1081 25C

PHOSPHORUS COMPOUNDS
PC5(g) = PC3(g) + C2(g) Kc = 3.8 x 10-2 250C

SULFUR COMPOUNDS
1/8 S8(s) + O2(g)= SO2(g) K=4.2 x 1052 25C
2 SO2(g) + O2(g) = 2 SO3(g) Kc= 280 1000 K
2 H2S(g) = 2 H2(g) + S2(g) Kp = 0.012 1065C
2 H2(g) + O2(g) = 2 H2O() K=1.4 x 1083 298 K
NH4HS(s) = NH3(g) + H2S(g) Kp = 0.108 25C
2H2S(g) = 2H2(g) + S2(g) Kc = 1.0 x 10-6 1000 K
SO2C2(g) = SO2(g) + C2(g) Kp = 2.9 x 10-2 303 K