العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي

هناك العديد من العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي، ولكنها لا تُؤثر على التفاعل ذاته لانعدام تأثيرها على تركيز كلٍ من المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل، يرجع ذلك لوجود النظام في حالة من الثبات ولكن تكمن أهميتها في كونها تُؤثر على كمية المواد المستخدمة ولكن بشكل مؤقت، حيث تعمل تلك العوامل على إحداث خلل في التوازن، ويميل بعده النظام للوصول للاستقرار مرة أخرى، تابع اهم المعلومات من خلال موقع مُحيط.

العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي

تُوجد عدة عوامل من شأنها أن تُؤثر على الاتزان الكيميائي، ويُمكن سردها على هيئة نقاط من خلال الآتي:

• التركيز.
• درجة الحرارة.
• الضغط.
• الغازات الخاملة.
• المحفزات.

مثال توضيحي

إذا افترضْنا أن كلٍ من غازي الهيدروجين H2 وأول أكسيد الكربون CO من النواتج الجانبية لعملية صناعية، وأنه يُمكن دمجهما للحصول على غاز الميثان CH4 كوقود، فعند وضع كلاً من الغازين في وعاء مغلق عند درجة حرارة تصل إلى 1200 K، يحدث الآتي:

• يصل التفاعل الطارد للحرارة إلى حالة الاتزان، وينتج كلاً من الميثان والماء وحرارة.
• نظراً لأن تركيز الميثان الناتج قليل جداً فبالتالي لا يُمكن استخدامه عمليًا.
• يعمل علماء الكيمياء على التحكم في وضع الاتزان للحصول على كمية أكبر من الميثان، تصلح للاستخدام العملي عن طريق التحكم في العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي.

للمزيد من المعلومات حول الاتزان الكيميائي يُمكنك الإطلاع على الآتي: العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي وقانونها وتفاصيلها

عامل التركيز

التغيُر في تركيز كل من التفاعُلات والنواتج من العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي ولكن لا تؤثر في قيمة ثابت الاتزان، وذلك المفهوم من نظرية التصادم، ونُوضح ذلك من خلال الآتي:

تصادم الجزيئات لتتفاعل وعدد التصادمات يتوقف على التركيز، وبالتالي يُمكن تغيير تركيز أحد المواد المتفاعلة بإضافة كمية أكبر، فيؤثر على تركيز مادة أخرى بالنقصان، فيُزيد من تركيز المواد الناتجة ليحصل الاتزان في طرفي المعادلة.

مثلاً يُمكن الحصول على الميثان عن طريق نقصان الماء الناتج بوضع مجفف للماء أو مادة ماصة له، وبالتالي يعمل الميثان على سريان التفاعل في الاتجاه الذي يُزيد من إنتاج الماء.

التغير في الحجم والضغط

يُعد ثاني العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي كما يُؤثرفي ثابت الاتزان، وذلك بزيادة الضغط الناتج عن زيادة الحجم، فعند وجود غاز ناتج يتم التفاعل في الاتجاه الذي يقل حجم النظام فيه.

أما التفاعلات التي تنتج محلول أو تتم من خلاله فغالباً لا يُؤثر الضغط فيها، وذلك كالتالي:

• لإنْتاج الميثان يمكن تغيير حجم وعاء الخاص بالتفاعل، فإذا استخدمنا مكبس فعند تحريكه للأسفل داخل الوعاء سيقل الحجم، وعند درجة حرارة ثابتة يزيد الضغط نتيجة تغير نسبة تركيز الغازات المتفاعلة والناتجة.
• تُؤدي الزيادة في الضغط إلى إزاحة التفاعل نحو اليمين أي بإتجاه النواتج وبالتالي زيادة كمية الميثان.
• يعتمد الضغط الناتج على عدد جزيئات الغاز التي تتصادم أثناء التفاعل مع جدران الوعاء، فكلما زادت عددها نتيجة الزيادة في كمية الغاز زاد الضغط، وكلما قل العدد قل الضغط تبعاً لمبدأ لوشاتلييه.
• تتم عملية الاتزان بتخفيف الجهد الواقع على النظام، حيث تكون زيادة الضغط في اتجاه عدد المولات الأقل.
• إذا تساوت أعداد المولات للغازات في طرفي التفاعل، عندها لا يُؤثر التغير في الحجم والضغط على حالة الاتزان.

تابع أهم التفاصيل عن الاتزان الكيميائي من خلال قراءة ما يلي: العوامل المؤثرة في سرعة التفاعلات الكيميائية

درجة الحرارة

يُعتبر ثالث العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي ولكن يختلف التأثير حسب نوع التفاعل ما إذا كان طارد أو ماص للحرارة، وذلك كالتالي:

• التفاعل الماص للحرارة هو الذي يحتاج طاقة أكبر لكسر روابط المتفاعلات، من تلك التي تُعطيها المواد الناتجة من التفاعل.
• حيث يقوم بامتصاص الحرارة المطلوبة من الوسط المحيط كما أن التفاعل لا يتم إلا بها.
• للوصُول لحالة الاتزان التي فقدها النظام عند إضافة كمية من الحرارة إليه، فإن التفاعل يتجه نحو الاتجاه الذي سيصرف أو يستهلك فيه الحرارة تبعًا لمبدأ لوتشا تلييه.
• أما التفاعل الطارد للحرارة هو الذي يُنتج حرارة، كتفاعُل أول أكسيد الكربون والهيدروجين فالتْفاعل الأمامي طارد للحرارة والعكسي ماص للحرارة.
• عند رفع درجة الحرارة سيتجِه التفاعل نحو اليسار لصرفها فيقِل الميثان، وزيادته نقوم بخفض الحرارة الناتجة أو استغلالها ليتجه التفاعل نحو إعادتها مرة أخرى.

ثابت الاتزان

يتغير وفقاً لأي تغير في درجة الحرارة، تختلف قيمته في التفاعل الأمامي عن قيمته في العكسي، فمن مفهوم ثابت الاتزان فإن قيمته في التفاعل الأمامي لإنتاج الميثان تكون:

• K1=[CO][3H2]÷[CH4][H2O]
• بينما في التفاعل العكسي تكون قيمته
• K2=[CH4][H2O]÷[CO][3H2]
• نجد هنا أن العلاقة بين درجة الحرارة وثابت الاتزان في التفاعلات الطاردة للحرارة علاقة عكسية، وأما الماصة للحرارة فالعلاقة طردِية.

يُمكنك إثراء معلوماتك والتعرف على المزيد عن: أهمية الهندسة الكيميائية في حياتنا

المواد المحفزة

تُعد إحدى العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي التي تتمثل في إضافة هذه المواد، حيث تعمل على زيادة سرعة التفاعل في كلا الاتجاهين بشكل متساوي.

مما يجعل النظام يصل أسرع لحالة الاتزان دون تغير في كمية النواتج، فبالتالي لا يُمكن تطبيق مبدأ لوشاتلييه، ولذلك فهي ليست بعامل مؤثرة في الاتزان الكيميائي بالمفهوم العملي.

الغاز الخامل

يجب القول بأنه لا يعد من العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي بشكل كبير وذلك لأنه يقوم على زيادة الضغط الواقع على المتفاعلات والنواتج بنفس الكمية فلا يُؤثر في الاتزان.

ولكن يمكنه ذلك فقط إذا أثر بشكل فردي على أحد المواد المتفاعلة أو الناتجة عن التفاعل.

ماهو مبدأ لوشاتلييه؟

تم اكتشافه من قبل عالم فرنسي يُدعى هنري لويس لوتشا تلييه، بالإضافة إلى أخر يُدعى كارل فرديناند براون، اكتشفهُ كل منهما على حِدة ولكنه عُرف باسم لوشاتلييه، وقد بين وجود عدة طرق للتحكم بالاتزان حتى يكون التفاعل أكثر إنتاجًا.

ينص على “إذا طرأ تغيير على نظام ما يخص الاتزان فإنه يُؤدي إلى إزاحة النظام في اتجاه معاكس لهذا التغيير، بحيث يمتصه أو يُخفف من أثرُة ليصل لحالة الاتزان مرة أخرى”.

مفهوم الاتزان الكيميائي

عند حدوث التفاعل الكيميائي بشكل تلقائي في وسط حُر تتغير تركيز كلٍ من المواد المتفاعلة والناتجة، بينما تنقص الطاقة الحرة وفي النهاية تصل لحد أدنى وعندها يكون النظام في حالة اتزان، فنلاحظ عندها أن التراكيز ثابتة، بالإضافة إلى ما يلي:

• نجد أن سرعة تَكوْن المتفاعِلات من النواتج تقترب من سرعة تكَون النواتج من المتفاعِلات، ثم يتم التفاعل الأمامي والعكسي ويكون بنفس السرعة وذلك عند حالة الاتزان مع ثبات التركيز.
• بمعنى أن الاتزان الكيميائي هو اتزان ديناميكي للوسط حيث يستقر التفاعل، ولا تُلاحظ أي تغييرات عليه مع مرور الزمن حيث يثبت تركيز كل من المتفاعلات والنواتج.
• يجب معرفة أن نظام التفاعل يميل للاتزان تلقائياً، كما أن الاتزان الكيميائي شرط أساسي لحفظ الاتزان الترموديناميكي، وهو المنوط بتطبيق قانون حفظ الطاقة والكتلة.
• يُرمز للاتزان الكيميائي بسهمين معكوسين بين المتفاعلات والنواتج.
• يمكن التعبير عنه من خلال المعادلة:

(R1 = K1 [A] a [B] b R1)

حيث أن:

• R1 هي سرعة التفاعل.
• K1 هو ثابت الاتزان.
• [A] التركيز المولي الأول.
• [B] التركيز المولي الثاني.
• a قوة وb قوة.

أنواع الاتزان الكيميائي

ينقسم إلى نوعين وهما كالتالي:

الاتزان الساكن

• يمتاز بعدم حدوث أي شى وتغيرات على المستوى العيني أو على المستوى الجزيئي لكلٍ من المتفاعلات والنواتج.

الاتزان الديناميكي

• يمتاز بعدم حدوث تغيرات على المستوى العيني، ولكن تحدث تغيرات نشطة على المستوى الجزيئي.
• مثلًا الماء في الحالة السائلة الغازية ثابت بالنظر إليه، فلا يحدث أي تغيرات مرئية في السوائل مثل البحار والأنهار مع مرور الزمن.
• لكن بين جزيئاته يحدث تغير حيث تتبخر فتتحول من سائل لغاز، ثم تتكثف متحولةً من غاز لسائِل فيُمثل ذلك حالة الاتزان الديناميكي.

الاتزان هو إحدى خصائص نظام الحياة، تطرأ عليه تغيرات وعوامل تُؤثر فيه فتخرجه من حالته إلى الفوضى، كما هو حال الأرض عندما نزل إليها البشر فكانوا عوامل رئيسية للتغيير،.

والاتزان الكيميائي من ضمن أنواع الاتزان الموجودة في الكون، ولحُب البشر للمعرفة بحثوا لمعرفة ما هي العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي.

للاستفادة منها ولأن الله خلق كل شيء لحكمة وجعل في ضده حكمة أكبر منها، ليستطيع الإنسان تعمير الأرض والاستفادة من خيراتها.