Dabour Hubأكاديمية دكتور دبور · قدرات وتحصيلي
DABOUR HUB / LESSON

الاتزان الكيميائي

المسار: التحصيلي — الكيمياءالوحدة 5: الطاقة وسرعة التفاعل والاتزان7 أقسام

مقدمة الدرس

كثير من التفاعلات لا تكتمل، بل تسير في الاتجاهين معًا حتى تصل إلى حالة تثبت فيها التراكيز: الاتزان الكيميائي.

  • أساس فهم
    • صناعة الأمونيا
    • ذوبان الأملاح
    • كثير من العمليات الحيوية

1) التفاعلات العكسية والاتزان الديناميكي

التفاعل العكسيتفاعل يمكن أن يحدث في الاتجاهين الأمامي والعكسي، ويرمز له بسهمين ⇌.
الاتزان الكيميائيحالة تتساوى فيها سرعة التفاعل الأمامي مع سرعة العكسي، فتبقى تراكيز المتفاعلات والنواتج ثابتة (وليست بالضرورة متساوية).
فكرة مهمةالاتزان ديناميكي لا ساكن: التفاعلان مستمران على المستوى الجزيئي بالسرعة نفسها.

منحنيان: ثبات التراكيز عند الاتزان وتساوي سرعتي التفاعلين الأمامي والعكسي

2) قانون الاتزان وثابت الاتزان

قانون الاتزان للتفاعل aA + bB ⇌ cC + dDKeq = [C]c[D]d ÷ [A]a[B]bالتراكيز مولارية عند الاتزان، والأسس هي معاملات المعادلة الموزونة.

الاتزان المتجانس

  • جميع المواد في الحالة الفيزيائية نفسها

الاتزان غير المتجانس

  • المواد في أكثر من حالة
  • لا تُكتب المواد الصلبة (s) والسوائل النقية (l) في تعبير ثابت الاتزان لأن تراكيزها ثابتة.
  • Keq ثابت عند درجة حرارة معينة، ولا يتغير إلا بتغير درجة الحرارة.
  • ثابت الاتزان للتفاعل المعكوس = 1 ÷ Keq.
قيمة Keqالمعنى
أكبر كثيرًا من 1النواتج هي السائدة عند الاتزان (التفاعل يميل إلى الاكتمال)
أصغر كثيرًا من 1المتفاعلات هي السائدة عند الاتزان
تقارب 1تراكيز متقاربة للمتفاعلات والنواتج
مثال محلول 1

للتفاعل N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) كانت التراكيز عند الاتزان: [N2] = 0.50 M، [H2] = 1.0 M، [NH3] = 0.40 M. احسب Keq.

  1. Keq = (0.40)2 ÷ [(0.50)(1.0)3]
  2. = 0.16 ÷ 0.50
الإجابة: Keq = 0.32.
مثال محلول 2 (حساب تركيز مجهول)

للتفاعل H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g) قيمة Keq = 49 عند درجة حرارة معينة. إذا كان [H2] = [I2] = 0.20 M عند الاتزان، فما [HI]؟

  1. [HI]2 = 49 × 0.20 × 0.20 = 1.96
الإجابة: [HI] = 1.4 M.

3) مبدأ لوتشاتلييه

مبدأ لوتشاتلييهإذا أثّر جهد (تغيّر) على نظام في حالة اتزان، فإن النظام يزيح موضع الاتزان في الاتجاه الذي يقلل أثر هذا الجهد.
التغييراتجاه إزاحة الاتزانهل تتغير Keq؟
إضافة متفاعل أو إزالة ناتجنحو النواتج (يمينًا)لا
إضافة ناتج أو إزالة متفاعلنحو المتفاعلات (يسارًا)لا
زيادة الضغط (تقليل الحجم)نحو الجهة ذات عدد مولات الغاز الأقللا
تقليل الضغط (زيادة الحجم)نحو الجهة ذات عدد مولات الغاز الأكبرلا
رفع درجة الحرارةفي اتجاه التفاعل الماص للحرارةنعم
خفض درجة الحرارةفي اتجاه التفاعل الطارد للحرارةنعم
إضافة محفزلا إزاحة (يصل إلى الاتزان أسرع فقط)لا
  • تلميح الحرارة
    • في التفاعل الطارد اعتبر الحرارة ناتجًا، وفي الماص اعتبرها متفاعلًا
    • في الطارد: رفع الحرارة يشبه إضافة ناتج، فيزاح الاتزان يسارًا وتقل Keq
  • الضغط: إذا تساوى عدد مولات الغاز في الطرفين (مثل H2 + I2 ⇌ 2HI) فلا يؤثر الضغط في موضع الاتزان.
مثال محلول 3

في التفاعل 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) ΔH = −198 kJ، ما الظروف التي تزيد كمية SO3؟

  1. عدد مولات الغاز: 3 في المتفاعلات و 2 في النواتج، فزيادة الضغط تزيح الاتزان يمينًا.
  2. التفاعل طارد، فخفض درجة الحرارة يزيحه يمينًا.
  3. وكذلك إضافة O2 أو سحب SO3 باستمرار.
الإجابة: ضغط مرتفع، حرارة منخفضة، إضافة O2، سحب SO3.

4) حاصل التفاعل Q والتنبؤ باتجاه التفاعل

نحسب Q بتعويض التراكيز الحالية (غير المتزنة) في تعبير ثابت الاتزان نفسه ثم نقارنه بـ Keq:

Q < Keq

  • يسير التفاعل نحو النواتج

Q = Keq

  • النظام في حالة اتزان

Q > Keq

  • يسير التفاعل نحو المتفاعلات

5) ثابت حاصل الذائبية Ksp

للمركبات الأيونية شحيحة الذوبان يحدث اتزان بين الصلب وأيوناته في المحلول المشبع (لا يُكتب الصلب).

كلوريد الفضةAgCl(s) ⇌ Ag+(aq) + Cl−(aq) ، Ksp = [Ag+][Cl−]وللمركب PbI2: Ksp = [Pb2+][I−]2.
الذائبية المولارية sAB: Ksp = s2 ، AB2: Ksp = 4s3s الذائبية المولارية.

Qsp > Ksp

  • يتكون راسب

Qsp < Ksp

  • لا يتكون راسب

Qsp = Ksp

  • المحلول مشبع
تأثير الأيون المشتركإضافة أيون موجود أصلًا في الاتزان (مثل إضافة NaCl إلى محلول AgCl) تقلل ذائبية الملح شحيح الذوبان.
مثال محلول 4

ذائبية مركب AB في الماء 2.0 × 10−5 mol/L. احسب Ksp.

  1. Ksp = s2 = (2.0 × 10−5)2
الإجابة: 4.0 × 10−10.

تطبيق صناعي: إنتاج الأمونيا (طريقة هابر)

تُنتج الأمونيا من النيتروجين والهيدروجين في تفاعل طارد للحرارة يقل فيه عدد مولات الغاز.

  • ضغط مرتفع: لإزاحة الاتزان نحو الأمونيا.
  • سحب الأمونيا باستمرار بتسييلها.
  • محفز من الحديد: لتسريع الوصول إلى الاتزان.
  • درجة حرارة متوسطة: خفضها كثيرًا يزيد نسبة الأمونيا لكنه يبطئ التفاعل بشدة.

خدع شائعة

  • عند الاتزان التراكيز ثابتة وليست متساوية، والسرعتان هما المتساويتان.
  • إدخال الماء السائل أو المواد الصلبة في تعبير Keq خطأ شائع.
  • تغيير التركيز أو الضغط يزيح الاتزان لكنه لا يغير Keq؛ درجة الحرارة وحدها تغيرها.
  • المحفز لا يزيح الاتزان ولا يزيد كمية النواتج عند الاتزان.
  • إضافة غاز خامل عند حجم ثابت لا تغير التراكيز الجزئية، فلا يزاح الاتزان.

الخلاصة

  • الاتزان: سرعة أمامية = سرعة عكسية، والتراكيز ثابتة.
  • Keq = [النواتج]معاملاتها ÷ [المتفاعلات]معاملاتها دون الصلب والسائل النقي.
  • لوتشاتلييه: النظام يعاكس التغيير؛ الحرارة وحدها تغير Keq.
  • Q < K ← نحو النواتج، Q > K ← نحو المتفاعلات.
  • Ksp = s2 للنوع AB، و 4s3 للنوع AB2، والأيون المشترك يقلل الذائبية.

اختبر فهمك لهذا الدرس

26 سؤالًا — سؤال واحد في كل مرة، 10 ثوانٍ لكل سؤال، والتصحيح والتقرير بعد آخر سؤال.

ابدأ الاختبار ←

تحدَّ نفسك: أسئلة مبتكرة على هذا الدرس

5 أسئلة بصيغ متنوعة على نمط الاختبار (جدول، خطوة خاطئة، سياق حياتي، «عدا»…) مبنية على محتوى هذا الدرس فقط، مع التفسير وسبب خطأ كل خيار.

1
قراءة منحنى

في منحنى التركيز مع الزمن للتفاعل A(g) ⇌ B(g) يتناقص [A] من 1.0 M ويتزايد [B] من صفر، ثم يصبح المنحنيان أفقيين بدءًا من الدقيقة 4 عند [A] = 0.2 M و [B] = 0.8 M. أي العبارات صحيحة؟

2
أي العبارات صحيحة

أي العبارات الآتية تصف حالة الاتزان الكيميائي وصفًا صحيحًا؟

3
متعدد الخطوات

للتفاعل A(g) ⇌ 2B(g) قيمة Kc = 4. في لحظة ما كان [A] = 1 M و [B] = 1 M. ماذا تستنتج؟

4
خيارات فخ الأسس

ملح شحيح الذوبان AB يتفكك وفق AB(s) ⇌ A⁺(aq) + B⁻(aq)، وذائبيته المولارية 10⁻⁴ M. ما قيمة Ksp؟

5
سياق واقعي

تنتج مصانع الأسمدة في الجبيل الأمونيا وفق: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) ، ΔH < 0. أي إجراء يزيد كمية NH₃ عند الاتزان؟