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؟
الاتزان الكيميائي
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

2) قانون الاتزان وثابت الاتزان
Keq = [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 Keq | المعنى |
|---|---|
| أكبر كثيرًا من 1 | النواتج هي السائدة عند الاتزان (التفاعل يميل إلى الاكتمال) |
| أصغر كثيرًا من 1 | المتفاعلات هي السائدة عند الاتزان |
| تقارب 1 | تراكيز متقاربة للمتفاعلات والنواتج |
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.
- Keq = (0.40)2 ÷ [(0.50)(1.0)3]
- = 0.16 ÷ 0.50
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]؟
- [HI]2 = 49 × 0.20 × 0.20 = 1.96
3) مبدأ لوتشاتلييه
| التغيير | اتجاه إزاحة الاتزان | هل تتغير Keq؟ |
|---|---|---|
| إضافة متفاعل أو إزالة ناتج | نحو النواتج (يمينًا) | لا |
| إضافة ناتج أو إزالة متفاعل | نحو المتفاعلات (يسارًا) | لا |
| زيادة الضغط (تقليل الحجم) | نحو الجهة ذات عدد مولات الغاز الأقل | لا |
| تقليل الضغط (زيادة الحجم) | نحو الجهة ذات عدد مولات الغاز الأكبر | لا |
| رفع درجة الحرارة | في اتجاه التفاعل الماص للحرارة | نعم |
| خفض درجة الحرارة | في اتجاه التفاعل الطارد للحرارة | نعم |
| إضافة محفز | لا 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.
في التفاعل 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) ΔH = −198 kJ، ما الظروف التي تزيد كمية SO3؟
- عدد مولات الغاز: 3 في المتفاعلات و 2 في النواتج، فزيادة الضغط تزيح الاتزان يمينًا.
- التفاعل طارد، فخفض درجة الحرارة يزيحه يمينًا.
- وكذلك إضافة O2 أو سحب SO3 باستمرار.
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).
AgCl(s) ⇌ Ag+(aq) + Cl−(aq) ، Ksp = [Ag+][Cl−]وللمركب PbI2: Ksp = [Pb2+][I−]2.AB: Ksp = s2 ، AB2: Ksp = 4s3s الذائبية المولارية.Qsp > Ksp
- يتكون راسب
Qsp < Ksp
- لا يتكون راسب
Qsp = Ksp
- المحلول مشبع
ذائبية مركب AB في الماء 2.0 × 10−5 mol/L. احسب Ksp.
- Ksp = s2 = (2.0 × 10−5)2
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.
تدريبات إضافية على هذا الدرس
مراجعة الوحدة
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.
أي العبارات الآتية تصف حالة الاتزان الكيميائي وصفًا صحيحًا؟
للتفاعل A(g) ⇌ 2B(g) قيمة Kc = 4. في لحظة ما كان [A] = 1 M و [B] = 1 M. ماذا تستنتج؟
ملح شحيح الذوبان AB يتفكك وفق AB(s) ⇌ A⁺(aq) + B⁻(aq)، وذائبيته المولارية 10⁻⁴ M. ما قيمة Ksp؟
تنتج مصانع الأسمدة في الجبيل الأمونيا وفق: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) ، ΔH < 0. أي إجراء يزيد كمية NH₃ عند الاتزان؟