3-2 العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي

يقوم هذا الدرس على مبدأ لوتشاتليه الذي ينص على أنه إذا بُذل جهد على نظام في حالة اتزان فإن النظام يزاح في اتجاه يخفف أثر هذا الجهد. العوامل المؤثرة هي التركيز والحجم والضغط ودرجة الحرارة والعوامل المحفزة. إذا أضفت مادة متفاعلة فإن الاتزان يتحرك نحو النواتج لاستهلاك الزيادة. مثال: في تفاعل تكوين الميثان، تؤدي زيادة تركيز أول أكسيد الكربون إلى إزاحة الاتزان نحو اليمين لإنتاج المزيد من النواتج.

الفكرة الأساسية

عندما تطرأ تغيرات على نظام متزن، يزاح النظام إلى موضع اتزان جديد وفقاً لمبدأ لوتشاتليه الذي ينص على أن أي جهد يبذل على نظام في حالة اتزان يؤدي إلى إزاحة النظام في اتجاه يخفف أثر هذا الجهد.

الشرح

نستعرض العوامل التي تؤثر في الاتزان الكيميائي وكيف يستجيب النظام لكل منها:

• التغير في التركيز: إذا أضفت مادت متفاعلة، فإن النظام يستجيب باستهلاكها عبر زيادة سرعة التفاعل الأمامي، مما يؤدي إلى إزاحة الاتزان نحو اليمين (النواتج). وإذا أزلت ناتجاً، ينشط التفاعل لتعويض النقص فيتجه الاتزان نحو اليمين أيضاً. أما إضافة ناتج أو إزالة متفاعل فيزيح الاتزان نحو اليسار.
• التغير في الحجم والضغط: يؤدي تقليل حجم الوعاء إلى زيادة الضغط، فيستجيب النظام بإزاحة الاتزان نحو الاتجاه الذي يقلل عدد مولات الغاز لتقليل الضغط وتخفيف الجهد. إذا تساوت أعداد مولات الغاز على طرفي المعادلة، فلا تأثير لتغير الحجم والضغط.
• تغير درجة الحرارة: تؤدي حرارة التفاعل دور الم reactant أو product. في التفاعل الطارد للحرارة ( riangle H^ullet < 0)، يُعد رفع الحرارة وكأنك أضفت ناتجا فيتحرك الاتزان نحو اليسار، بينما يزيحه خفض الحرارة نحو اليمين. والعكس صحيح في التفاعل الماص للحرارة.
• العوامل المحفزة: تزيد سرعة التفاعل الأمامي والعكسي بالتساوي، ولذلك لا تغير موضع الاتزان أو قيمة ثابت الاتزان $K_{eq}$، لكنها تساعد على الوصول لحالة الاتزان أسرع.

مثال محلول خطوة بخطوة

خذ التفاعل الآتي: $CO_{(g)} + 3H_{2(g)} ightleftharpoons CH_{4(g)} + H_2O_{(g)}$ مع riangle H^ullet = -206.5 kJ. السؤال: ماذا يحدث لموضع الاتزان عند إضافة كمية من غاز $CO$ إلى وعاء التفاعل؟ الخطوة ١: حدد الجهد المبذول. إضافة غاز $CO$ تعني زيادة تركيز مادة متفاعلة. الخطوة ٢: طبق مبدأ لوتشاتليه. سيستجيب نظام الاتزان لاستهلاك هذا الجهد عبر سرعة استهلاك $CO$ لتكوين مزيد من النواتج. الخطوة ٣: استنتج اتجاه الإزاحة. يتحرك الاتزان نحو اليمين لإنتاج المزيد من $CH_4$ و$H_2O$، ويبقى ثابت الاتزان $K_{eq}$ دون تغيير.

أخطاء شائعة

• الاعتقاد بأن إضافة العامل المحفز تغير من قيمة ثابت الاتزان $K_{eq}$ أو تزاحم موضع الاتزان.
• الخلط في اتجاه إزاحة الاتزان عند تغير درجة الحرارة في التفاعلات الطاردة والماصة للحرارة.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: فسر كيف يؤثر تقليل حجم وعاء التفاعل في النظام المتزن الآتي: $2SO_{2(g)} + O_{2(g)} ightleftharpoons 2SO_{3(g)}$. الإجابة: تقليل الحجم يزيد الضغط؛ لذا يزاح الاتزان نحو اليمين حيث يوجد عدد مولات غاز أقل ($2$ مولات نواتج مقابل $3$ مولات متفاعلات). السؤال الثاني: قرر ما إذا كان رفع درجة الحرارة يزاح الاتزان نحو اليمين أو اليسار في معادلة التفاعل الآتية: $C_2H_{2(g)} + H_2O_{(g)} ightleftharpoons CH_3CHO_{(g)}$ حيث riangle H^ullet = -151 kJ. الإجابة: بما أن التفاعل طارد للحرارة ( riangle H^ullet سالبة)، فإن رفع درجة الحرارة يعتبر إضافة حرارة للنواتج، مما يزيح الاتزان نحو اليسار.