خواص التوازن المتجانس
هناك نوعان من التوازن الكيميائي: الاتزان المتجانس والاتزان غير المتجانس هما نتيجة لتفاعلات كيميائية مختلفة .
في هذا النوع، تتكون المواد الناتجة عن التفاعل إضافة إلى نواتج التوازن الكيميائي في نفس المرحلة، ويتم تقسيم التوازن المتجانس إلى نوعين
- يكون عدد التفاعلات التي تظهر فيها الجزيئات والنتائج مساوية لعدد الجزيئات في المواد المتفاعلة.
وهنا يأتي المثال:
H2 (g) + I2 (g) ⇌ 2HI (g)
(N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2NO (g
- يحدث فيه تفاعل يتميز بفرق في عدد جزيئات المنتجات عن العدد الإجمالي لجزيئات التفاعل، على سبيل المثال
2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2SO3 (g)
COCl2 (g) ⇌ CO (g) +( Cl) 2 g
التوازن الكيميائي على غير التجانس
في هذا النوع من التوازن الكيميائي ، تحتوي المواد المتفاعلة ونواتج التوازن الكيميائي على مراحل مختلفة
بعض الأمثلة على التوازن غير المتجانس :
CO2 (g) + C (s) ⇌ 2CO (g)
(CaCO3 (s) ⇌ CaO (s) + CO2 (g
مبدأ Le-Chatelier وعلاقته بالتوازن المتجانس
- عند تغير العوامل، يتغير التوازن المتجانس ويقوم النظام بالمقاومة لتقليل تأثير التحول الكلي، وهذا المبدأ ينطبق على كل من التوازن الكيميائي والتوازن الفيزيائي .
- تؤثر العديد من العوامل على التوازن الكيميائي في الجسم، مثل درجة الحرارة والضغط وتركيز النظم، وبشكل خاص التي تؤثر على التوازن الكيميائي، ويمكن مناقشة بعض هذه العوامل المؤثرة على التوازن الكيميائي
سمات التجانس الكيميائي
متغيرات التركيز
تتم تخفيف تركيز بعض المواد المتفاعلة أو المنتجات التي تم إضافتها عن طريق التفاعل الذي يحدث أثناء استهلاك المادة المضافة.
تتم عملية تخفيف تركيز بعض المواد المتفاعلة أو المنتجات التي تمت إزالتها، عن طريق تفاعل يتحرك في الاتجاه الذي يعيد المادة التي تمت إزالتها.
يتسبب التفاعل الكيميائي في تغيير تركيز المادة المتفاعلة أو المنتجة، مما يؤدي إلى تغيير تركيبة الخليط المتوازن في الحالة الكيميائية.
متغيرات الضغط
- يحدث تغيير في الضغط نتيجة تغير في الحجم، وعندما يحدث ذلك التغيير في الضغط، فإنه يؤثر على التفاعل الغازي، حيث يحدث اختلاف شديد في عدد المواد المتفاعلة أو المنتجات الغازية الناتجة .
- وفقاً لمبدأ Le Chatelier، في حالة وجود توازن كيميائي غير متجانس، يمكن تجاهل تغيير الضغط في السوائل والمواد الصلبة، لأن حجم النظام يعتبر مستقلاً عن الضغط.
درجة الحرارة المتغيرة
- يعتمد تأثير درجة الحرارة على التوازن الكيميائي وعلامة التفاعل، ويتبع مبدأ Le-Chatelier.
- مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض ثابت التوازن لتفاعل الحرارة الطاردة.
- يشير التفاعل الماص للحرارة إلى التفاعل الذي يزداد ثباته مع زيادة درجة الحرارة.
انواع الاتزان الكيميائي
الحالة التي يبقى فيها تركيز المادة أو نسبة تركيز المنتجات ثابتة في النظام مع مرور الوقت
لا يظهر أي تغييرات إضافية في الخصائص.
التفاعل الامامي متوازن مع التفاعل العكسي
- يتم تحقيق حالة من التوازن الكيميائي عن طريق النظام .
- في حالة عدم وجود تغيير في معدل التركيز الإضافي مع المواد المتفاعلة أو النواتج التي تنتج عن التفاعلات العكسية (الامامية والعكسية)، فإنه لا يشير ذلك إلى وجود أي تفاعلات جديدة
التوازن الكيميائي والتوازن الديناميكي
- التوازن الكيميائي هو توازن ديناميكي حيث يكون معدل التفاعلية في الاتجاه الأمامي يساوي معدل التفاعل في الاتجاه العكسي، ويتم التوازن عند هذه المرحلة
- يتحول عدد الجزيئات في مواد التفاعل إلى منتجات أو جزيئات من نفس المواد المتفاعلة .
- يتم إجراء التوازن مع المواد المتفاعلة في أي مكان مع تماثل التبادل المستمر في الجزيئات، وهنا يكون التوازن ديناميكياً.
الحرارة
بالإضافة إلى الاحتفاظ بالتوازن، فإن معدل التفاعل يتأثر أيضًا بتغير درجة الحرارة.
وفقًا لمبدأ Le Chatelier، يتحول التوازن من الجانب المتفاعل في حالة التفاعلات التي تطلق الحرارة عندما تزيد درجة الحرارة، بينما يتحول التوازن نحو الجانب المنتج في حالة التفاعلات الماصة للحرارة مع زيادة درجة الحرارة.
تأثير بعض المحفزات
- لا يؤثر المحفز على التوازن الكيميائي، بل يسرع فقط سرعة الرد على الفعل الكيميائي. فعلى الواقع، يعمل المحفز على تسريع التفاعل الأمامي والعكسي بالتساوي، مما يساهم في الوصول إلى التوازن بشكل أسرع.
- تكون الكمية نفسها من المواد المتفاعلة والمنتجات موجودة في التوازن الكيميائي سواء كان التفاعل محفزًا أو غير محفزٍ. يُسهِّل وجود المحفز فقط التفاعل بالانتقال منخفض الطاقة للمواد المتفاعلة إلى المنتجات.
اضافة غاز خامل ونتاج تأثيره
عند إضافة غاز خامل مثل الأرجون إلى حجم ثابت، فإنه لا يشارك في التفاعل وبالتالي يبقى التوازن غير مضطرب. أما إذا كان الغاز المضاف مادة متفاعلة أو منتج مشارك في التفاعل، فإن حاصل التفاعل سيتغير.
أمثلة على التوازن الكيميائي
- في التفاعلات الكيميائية، يتم تحويل المواد المتفاعلة إلى منتجات بواسطة التفاعل الأمامي، ويمكن تحويل المنتجات إلى مواد متفاعلة بواسطة التفاعل العكسي، وتختلف هذه الحالتان في التركيب الكيميائي للمواد المتفاعلة والمنتجات.
- بعد فترة من بدء التفاعل ، قد يصبح معدل التفاعلات الأمامية والخلفية متساوية. بعد ذلك ، سيتم تشكيل عدد المواد المتفاعلة المحولة مرة أخرى عن طريق التفاعل العكسي بحيث لا يتغير تركيز المواد المتفاعلة والمنتجات بعد الآن ومن ثم ، فإن المواد المتفاعلة والمنتجات في حالة توازن كيميائي.
N2O4 ⇌ 2NO2
PCl5 ⇌ PCl3 + PCl2
N2 + H2 ⇌ 2NH3
أهمية التوازن الكيميائي
يستخدم في العديد من العمليات الصناعية مثل تحضير مستخلص الأمونيا وعملية هابر، إذ يتم في هذه المستخلصات اتحاد النيتروجين مع الهيدروجين لتكوين الأمونيا، ويتأثر إنتاج الأمونيا بدرجات الحرارة المنخفضة والضغط العالي والحديد الفعال كمحفز.
اما حامض الكبريتيك فيتم تحضيره من خلال ظهور عملية تسمى التلامس: تتضمن هذه العملية أكسدة ثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيد الكبريت كتفاعل رئيسي، وهذا يتطلب توازنًا كيميائيًا.
الاتزان المتجانس هو نوع من الاتزانات الكيميائية التي تقوم على توازنات كيميائية متنوعة، ويحدث هذا التفاعل الكيميائي بين المواد التي تمزج مع بعضها البعض، وتنقسم هذه التفاعلات إلى أنواع مختلفة
التفاعل المتزن
- في حال تم إجراء هذا التفاعل في وعاء مفتوح، سيسمح بخروج ثاني أكسيد الكربون وتحويل كربونات الكالسيوم إلى أكسيد الكالسيوم. وفي هذه الحالة، يحدث التفاعل على النحو التالي
Cao(s)+CO2 (G) = CACO2(S)
- في التفاعل المغلق، سيتفاعل عز الأكسجين الكربوني مع أكسيد الكالسيوم، وخصوصًا عندما يتم زيادة الضغط الجوي مع عز الأكسجين الكربوني
Ca co3(s) = Cao(s)+co2(g)
- يشبه النظام الكيميائي النظام الفيزيائي في الطور المكثف والبخار، حيث يصل السائل والبخار إلى حالة الاتزان في الوعاء المغلق ويمكن تحديد درجة حرارة وضغط ثاني أكسيد الكربون .
التفاعل الغير عكسي :Irreversible and Reversible Reactions
هذا التفاعل يتم في اتجاه واحد، ويحدث عند تفاعل المواد الفعالة مع بعضها البعض وتحت ظروف معينة، ويتم إنتاج مواد جديدة خلال هذا التفاعل
في بعض الحالات، عند توفر الظروف المناسبة، تتفاعل المواد الأولية حتى تتحول إلى مواد صلبة جديدة .
امثلة التفاعلات الغير عكسية :
C(s)+o2(g)=co2(g)
Hc1(L)NA2+CO2(S)=Nac1(s)+H2O(L)+CO2(G)
يحدث الاحتراق في وجود الأكسجين للهيدروكربونات، بالإضافة إلى تفاعل احتراق الهيدروكربونات والهيدروجين المركب من الكربون، ومن أهم الأمثلة على ذلك تفاعل الميثان واحتراق الغاز .
CH4(G)+2O2(G)=CO2(G)=CO2(G)+2H2O(G)
حدث تفاعل للميثان، ولكنه ليس تفاعلًا كليًا مثل تفاعل الهيدروجين مع الفلور أو الكلور، وهو تفاعل عنيف
تفاعل الهيدروجين مع فلو رf2 او كلور cl2:
عند استخدام تركيز متساوٍ من الهيدروجين والهالوجين، يحدث استهلاك تام للمواد المتفاعلة، مما يؤدي إلى تحول المواد المتفاعلة بشكل تام إلى مواد ناتجة عن التفاعل.
H2(G)+F2(G)=2HF(G)
تفاعلات انعكاسية : Irreversible Reactions
يحدث تفاعل بيتم للمواد الناتجة عندما تتفاعل مع بعضها البعض عن طريق التحلل والتفاعل، ويتم التفاعل في اتجاهين أمامي وخلفي لأنه يعتبر تفاعلًا انعكاسيًا.
2NH2(G) = N2(g)+3H2(g)
خاصية PDES
هي نظرية فيزيائية غير خطية تشرح أنواعًا مختلفة من الظواهر الفيزيائية، ومع مرور الوقت تم تطوير أجهزة غير خطية PDE، لأنها توفر مزيدًا من المعلومات المادية ومزيدًا من التبصر للقضايا الفيزيائية، وظهرت منها العديد من الطرق.
اما نظرية SOLUTION: هناك العديد من الطرق والقواعد والاحتمالات لها، بما في ذلك:-
- طريقة اضطراب التماثل.
- التكامل الأساسي الطريقة.
- طريقة التكرار المتغير.
- طريقة الدوال .
- طريقة هيروتا .
- طريقة التوازن المتجانس .
- طريقة التحويل التفاضلي .