تعريف الاتزان الغير متجانس بالأمثلة

ما هو الاتزان الكيميائي

يمكن أن تحدث العديد من الحالات التي تتعلق بالاتزان الكيميائي من حولنا، وأحد الأمثلة القريبة لذلك هو وجود الاتزان الكيميائي في جسمنا الذي يساعد على نقل الأكسجين إلى جميع أنحاء الجسم

قد يشير التوازن الكيميائي إلى وجود حالة من النظام الذي لا يتغير فيه تركيز المادة المتفاعلة وتركيز المنتجات، وقد يمر الوقت دون ظهور أي تغيير إضافي في الخصائص الموجودة، وبسبب ذلك، تنقسم أنواع الاتزان الكيميائي إلى الاتزان المتجانس والاتزان الغير متجانس

تعريف الإتزان الغير متجانس

 يعتبر الإتزان الغير متجانس هو إحدى أنواع الإتزان الكيميائي  و على أثر ذلك فيمكننا تعريف الإتزان غير المتجانس  على أنه  نظام يحدث فيه المواد  المتفاعلة و المواد الناتجة  في مرحلتين أو أكثر. و قد تكون تلك المراحل عبارة عن مجموعة من  الحالات المتغيرة للمادة و هي  الصلبة أو السائلة أو الغازية  ، أي في حالات المادة الثلاثة .

عندما يحتوي نظام غير متجانس على مجموعة من المكونات في أكثر من مرحلة، فإنه يمكن تسميته بـ `توازن غير متجانس`، وهذا ينطبق في الحقيقة على حالات عديدة التي تتضمن عدم التوازن الكامل بين المكونات.

على سبيل المثال، إذا أخذنا حاوية تحتوي على ثلج وماء عند درجة حرارة معينة، فمن الممكن أن تسمح بوجود الجليد والماء في نفس الوقت وبحالة توازن غير متجانس، حيث يبقى كل منهما في حالة معينة ومناسبة. وهذه الحالة سوف تسمى بالتوازن غير المتجانس.

– يتعلق الأمر بتفاعلات الاتزان الكيميائي التي تحتوي على مواد متفاعلة ومواد ناتجة في مرحلتين مختلفتين من التفاعل في الاتزان الغير متجانس  ،

على سبيل المثال، عند تفكك كربونات الكالسيوم الصلبة، يتكون أكسيد الكالسيوم الصلب وثاني أكسيد الكربون الغازي، وتتميز التفاعلات الكيميائية غير المتجانسة في تركيزات المواد الصلبة النقية   .

يتم افتراض ثبات تركيز المواد الصلبة في تفاعلات الاتزان الكيميائي، وبالمثل، يمكن أيضًا افتراض ثبات تركيز المواد السائلة النقية، مما يعني أن تركيزاتها ستبقى ثابتة.

(CaCO3 (S) ⇌ CaO (s) + CO2 (g)

تتأثر تفاعلات الاتزان الكيميائي غير المتجانسة بتركيز المواد الصلبة النقية، لأن تركيزها يبقى ثابتًا، وبالمثل، تبقى تركيزات المواد السائلة النقية ثابتة أيضًا ولا تظهر في تفاعلات الاتزان الكيميائية.

ثوابت التوازن في الإتزان الغير المتجانس

 عند التركيز على منتجات الذوبان Ksp`s، تصبح مهمة بشكل كبير في حالة وجود العديد من الملحوظات في التوازن غير المتجانس. وبناءً على ذلك، فمن الممكن أن يتواجد جميع الملحوظات في المحلول الموجود .

يمكن أن يشار إلى هذا الاتجاه بنشاط الاتزان غير المتجانس، وبناء على ذلك، فإن نشاطها سيظل ثابتا طالما وجدت هذه المرحلة. ومع ذلك، فإن أنشطة المواد في الحالة الغازية ستتناسب مع ضغوطها الجزئية أو تركيزاتها.

للحصول على الحل المناسب ، يجب أن تتناسب درجة أنشطتهم مع مستوى تركيزهم. وبالتالي ، فإن ضغوطهم أو تركيزاتهم الجزئية تشير إلى اتجاههم للتغيير المستمر .

في الواقع، عندما يكون الاتزان المناسب موجودًا، فإن اتجاهات التغييرات ستصل إلى نسبة محددة، حيث تكون التغييرات الإيجابية والسلبية متوازنة تمامًا .

تميل الأنظمة غير المتجانسة إلى الوصول إلى ظروف التوازن بطريقة مشابهة لشروط التوازن في الأنظمة المتجانسة، ويمكن تحديد ثوابت التوازن لوصف شروط التوازن في الأنظمة غير المتجانسة.

أما إذا سلطنا الضوء على المحاليل المشبعة ، التي هي في الأساس عبارة عن  توازنات غير متجانسة نموذجية. فسوف نختبر جميعًا أختبار وجود السكر الصلب في محلول السكر ، فإن وضع المزيد من السكر فيه لن يزيد من قابليته للذوبان. و لن يصبح محلول السكر أكثر حلاوة ، و على ذلك فبإمكاننا حقًا تذوق  حلاوته بما يتناسب مع التركيز.

يتم تحقيق التوازن في المحلول المشبع من خلال توازن المذاب ومحلوله، ويتوافق ثابت التوازن في هذا النوع من التوازن مع تركيز المحلول المشبع، ويتم ذلك وفقًا للمعادلة التالية

C12H22O11 (k) ⇌ C12H22O1

امثلة على وجود  الإتزان الغير متجانس 

يمكن للقارئ العزيز النظر إلى محلول مائي يتكون من مادة صلبة مثل هيدروكسيد الكالسيوم، وسنلاحظ أن هذه المادة الصلبة في حالة توازن مع محلولها المشبع.

ومن هذا المنطلق، يمكننا القول أن كتابة ثابت التوازن الموجود لتفاعلات غير المتجانسة يمكن أن تختلف عن هذه الخاصية في تفاعلات متجانسة، كما يلي مثلاً ،

يُنصح القارئ بتذكُّر مفهوم التفكك الحراري لكربونات الكالسيوم إلى أكسيد الكالسيوم وثاني أكسيد الكربون، حيث يتضح أن ثابت التوازن لتفكك المواد المتفاعلة إلى نواتجها يعتمد فقط على المادة الغازية، وبالتالي تُعد المواد الصلبة والسائلة ثابتة بشكل تام

يبقى تركيز مكونات CaCO3 و CaO ثابتًا في المولات طوال عملية التفاعل لأنهما مواد صلبة، ولذلك يمكن كتابة ثابت التوازن بشكل الآتي

أيضًا ، من حيث Kp ، يمكننا الكتابة

يُشير حرف p إلى الضغط الجزئي، أي أنه يوجد تركيز ثابت أو ضغط جزئي لـ CO2 في تفاعل التوازن مع CaO و CaCO3 عند درجة حرارة محددة .

مثال آخر :

يمكن، عزيزي القارئ، تفكيك الكربونات الكالسيوم الصلبة لتصبح أكسيد الكالسيوم الصلب وثاني أكسيد الكربون الغازي
كربونات الكالسيوم يُنتج عنها كما هو موضح في المثال التالي

CaCO3 (S) ⇌ CaO (s) + CO2 (g)

لا يشمل مصطلح التوازن في التفاعلات غير المتجانسة تراكيز المواد الصلبة النقية، لأن تراكيزها تظل ثابتة إلى حد كبير .

ما هي خواص الاتزان الكيميائي وأنواعه

تمثل الخواص الكيميائية للاتزان وصفًا لحالة الاتزان الكيميائي، وتوضح كيفية حدوثه وتحدد وقته ومدته، ولا تخص نوعًا محددًا من الاتزان الكيميائي، بل تنطبق على جميع أنواع الاتزان الكيميائي. ومن أهم الخصائص الكيميائية للاتزان الكيميائي:

• ويتميز التوازن بجعل جميع معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية متساوية عند حدوثه.
•  تعتبر جميع الموادالمتفاعلة والمنتجات موجودة في حالة توازن دائم .
• تحدث تركيزات التوازن عندما تصل تراكيز المواد المتفاعلة والمنتجة إلى قيم ثابتة معينة .
•  قد لا يؤثر المحفز على مكان التوازن.
•  ثبات الوسط الخارجي لحدوث التفاعل الكيميائي .
• يجب أن يكون معدل حدوث التفاعل في الاتجاهين متساويًا، أي يجب أن تثبت الخصائص مثل اللون والتركيز عند نقطة التوازن، حتى لا يحدث أي تغيير بعدها .
• يتيح التحكم في درجات الحرارة سهولة التحكم في نقطة التوازن .
• من الممكن أن لا تتدخل المواد المحفزة على نقطة التوازن في التفاعل الكيميائي  .