مذكرة الفصل الرابع الاتزان الكيميائي مقرر كيمياء 3
الاتزان الكيميائي
4 حالة الإتزان الديناميكي / 2-4 العوامل المؤثرة في الإتزان الكيميائي / 3-4 إستعمال ثوابت الإتزان 1-4 حالة الإتزان الكيميائي
الفكرة الرئيسية:
تأمل تفاعل تحضير غاز الأمونيا من غاز النيتروجين و غاز العيدروجين
N2(g) +3H2(g) ----2NH3(g)
اختبار الرسم البياني
وضح كيف بين الرسم البياني أن نراكيز المواد المتفاعلة و المواد الناتجة تصبج ثابتة
الأمامي : N2(g) +3H2(g) ----2NH3(g)
العكسي : N2(g) +3H2(g) ----2NH3(g)
يدمج الكيمائيون المعادلتين في معادلة واحدة يستعمل فيها السهم الثنائي ليشير إلى اتجاهي التفاعلين الحادثين N2(g) +3H2(g) ----2NH3(g)
التفاعل العكسي:
الإتزان العكسي :
عند الإتزان تكون تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة .................... ولكن هذا لا يعني أن كميات أوتركيز المتفاعلات والنواتج .......................
الطبيعة الديناميكية للاتزان
التفاعل المتزن يكون في حالة ديناميكية نشطة .
عندما يصل التفاعل الكيميائي إلى حالة الإتزان فإن التفاعل لا ................... بل يسير في إتجاهين ....................... بنفس السرعة.
aA+bB----cC+dD
إذا تم تطبيق قانون الإتزان الكيميائي على المعادلة السابقة نحصل على النسبة الآتية :
تعبير ثابت الاتزان تمثل ( A ) و( B ) التراكيز المولارية للمتفاعلات (D) و ( C ) التراكيز المولارية للنواتج تمثل الاسس d و c و b و a معاملات المادلة الموزنة Keq = ( C )c( D )d /(A)a(B)b يمثل ثابت الاتزان نسبة التراكيز المولارية للنواتج إلى التراكيز المولارية للمتفاعلات . و يرفع كل تركيز إلى اس يساوي المعامل الخاص به في المعادلة الموزونة |
ثابت الاتزان Keq
هو القيمة العددية لنسبة تراكيز ................. إلى تراكيز ................. ويرفع كل تركيز إلى .................. يساوي ................الخاص به في المعادلة الموزونة . وتكون قيمة K ............. عند درجة حرارة معينة .
تعابير الاتزان
تعابير الاتزان المتجانس
H2(g) + I2 (g) ----- 2HI(g)
نلاحظ أن المواد المتفاعلة والناتجة في الحالة الفيزيائية نفسها ( الغازية ) ثابت االإتزان لهذا التفاعل :
( Kep=HI2 /(H2) (I 2
ثابت الاتزان لهذا التفاعل يساوي 49.7 عند درجة حرارة 731K . لاحظ ان 49.7 ليست لها وحدة من المعتاد حذف الوحدات عند كتابة تعابير ثابت الاتزان
a- N2O4(g) — 2NO2(g)
b- 2H2S(g) -----2H2(g) + S2(g)
c- CO(g)+ 3 H4 (g) ---- CH4+H2O(g)
| c | b | a |
تعابير الاتزان غير المتجانس
C2H5OH(1) -----C2H5OH(g)
| يعبر عن تركيز المادة السائلة بالكثافة MOL L / وهي ثابته لا تتغير بثبات درجة الحرارة لذلك فإن تركيز سائل الإيثانول ثابت مهما كانت كميته صغيرة أم كبيرة ) المادة السائلة ال تكتب في ثابت الإتزان لأن تركيزها ثابت | K=(C2H5OH(i)/(C2H5OH(g)) | Kep=(C2H5OH(g |
| كذلك المواد الصلبة لا تكتب في ثابت الاتزان لأن تركيزها ثابت | I2(s)----I2(g) Kep= I2(g) |
مثال 2 – 4 أكتب ثابت الإتزان للتفاعل الغير متجانس التالي :
H2O(g) +2NaHCO3(s) -----Na2CO3 (s) + CO2(g)
| تمرين ص 721 اكتب ثابت الإتزان للتفاعل التالي (s (2FeCl3) = g (3Cl2) + s (2Fe |
| C10H8(s) = C10H8(g) | H2O(l) = H2O(g) | CaCO3(s) = CaO3(s) + CO2(g) |
ثوابت الاتزان
تبقى قيمة Keq ثابتة لتفاعل معين عند درجة حرارة معينة بغض النظر عن التراكيز الابتدائية للنواتج و المتفاعلات . لفحص هذه النظرية تم تنفيذ ثلاث تجارب للتفاعل :
H2(g)+I(g) ------2HI(g)
تعني قيمة Keq العالية في التفاعل H2(g)+I(g) ------2HI(g) ان النواتج موجودة بكميات اكبر من المتفاعلات عند الاتزان . لكن في كثير من التفاعلات تكون قيمة Keq صغيرة
السؤال : انظر إلى الكتاب ص 128 و اكتب ثلاثة خواص للإتزان
1-
2-
3-
حسابات على ثابت الإتزان
aA+Bb----cC+dD
| Kep=(Cc) (Dd) / (Aa) (Bb) | حساب قيمة ثابت الإتزان |
| Cc =Kep×AaBb/Dd | حساب تركيز مادة ناتجة |
| Aa= CcDd/Kep×Bb | حساب تركيز مادة متفاعلة |
العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي
مبدأ لوتشاتلييه
تركيز الميثان 0.0590mol/I قليل جدا فإنه لا يمكن استعماله عمليا . فهل يمكن لعلماء الكيمياء التحكم في موضع الاتزان للحصول على كمية أكبر من الميثان ؟
في عام 1888م اكتشف العالم الفرنسي هنري لويس لوتشاتلييه أن هناك طرائق للتحكم في الاتزان لجعل التفاعل أكثر إنتاجا . وقد طرح ما يسمى الآن مبدأ لو تشاتلييه : إذا بذل جهد على نظام في حالة اتزان فإن ذلك يؤدي إلى إزاحة النظام في اتجاه يخفف أثر هذا الجهد . و الجهد هو أي تغيير يؤثر في اتزان نظام معين
مبدأ لوشاتليه : اذا اثر مؤثر ما مثل درجة الحرارة او الضغط او التركيز على تفاعل في حالة اتزان فإن التفاعل يسير في االتجاه الذي يقاوم هذا المؤثر.
أ- اثر التركيز على حالة الإتزان وقيمة ثابته :
ما الذي يحدث للتفاعل المتزن التالي عند :
CO(g) + 3H2(g) ----- CH4 (g) + H2O (g)
1 - زيادة تركيز إحدى المواد المتفاعلة أو إزالة أحدى المواد الناتجة
يسير التفاعل ناحية اليمين وبالتالي يزيد تركيز المواد الناتجة ويصل التفاعل الى حالة الاتزان مرة اخرى أي ان قيمة ثابت الاتزان التتغير
2 -زيادة تركيز إحدى المواد الناتجة أو إزالة إحدى المواد المتفاعلة :
يسير التفاعل ناحية اليسار وبالتالي يزيد تركيز المواد المتفاعلة ويصل التفاعل الى حالة االتزان مرة اخرى أي ان قيمة ثابت الاتزان لا تتغير .
أنظر الشكل 12-4 ص 133
ب- اثر الضغط على حالة الاتزان وقيمة ثابته ( تفاعالت الغازات )
( ضغط الغاز لا يعتمد على نوع الغاز وإنما على عدد مولاته )
1- اثر الضغط على التفاعلات التي تتساوى فيها عدد مولات المواد المتفاعلة والناتجة :
2HI (g) = I2 (g) + H2 (g) في هذا النوع من التفاعالت اليؤثر الضغط علي حالة الاتزان لإن سرعة التفاعلين األمامي والعكسي تزداد بنفس السرعة وبالتالي التتغير قيمةk 2
2-اثر الضغط على التفاعالت التي لا تتساوى فيها عدد مولات المواد المتفاعلة والناتجة :
N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g) في هذا النوع من التفاعلات يكون تاثير الضغط اكثر على الطرف الذي يحتوى عدد اكثر من المولات )المواد المتفاعلة( وبالتالي تزيد سرعة التفاعل الامامي )ناحية تكوين النواتج ( إلى ان يعود التفاعل الى حالة الاتزان من جديد وتبقى قيمة k ثابتة
ج – اثر درجة الحرارة على حالة الاتزان وقيمة ثابته :
N2 (g) + 2O2 (g) + حرارة = 2NO2(g) : للحرارة الماصة التفاعلات في- 7 عند زيادة درجة الحرارة فإن التفاعل يسير في إتجاه تكوين النواتج وبالتالي تزداد قيمة K H2(g) + I2(g) = 2HI(g) + حرارة : للحرارة الطاردة التفاعلات في- 2 عند زيادة درجة الحرارة فإن التفاعل يسير عكسيا في إتجاه تكوين المتفاعلات وبالتالي تقل قيمة K