التفاعلات العكسية والاتزان الديناميكي؛ مبدأ لوتشاتلييه وتجربة Fe³⁺/SCN⁻؛ أثر التركيز والضغط والحرارة.
آخر تحديث:
في وعاء مغلق، يمكن للتفاعل المنعكس أن يصل إلى حالة اتزان كيميائي: ؛ فتثبت تراكيز المتفاعلات والنواتج والخواص المرتبطة بها مثل اللون والضغط والحجم ودرجة الحرارة، من غير أن يتوقف التفاعل.
التفاعلات المنعكسة: تفاعلات تحدث في وعاء مغلق باتجاهين متعاكسين: تفاعل أمامي يكوّن النواتج، وتفاعل عكسي يعيد تكوين المتفاعلات. عند الاتزان لا تختفي الحركة الجزيئية؛ بل تتساوى سرعتا الاتجاهين وتثبت التراكيز.
في بداية التفاعل تكون تراكيز المتفاعلات وسرعة التفاعل الأمامي أكبر ما يمكن، ثم تتناقص تدريجيا مع استك المتفاعلات.
مبدأ لوتشاتلييه: إذا حدث تغيير في تركيز أو ضغط أو درجة حرارة نظام كيميائي متزن، فإن النظام يعدّل موضع الاتزان في الاتجاه الذي يقلل أثر ذلك التغيير.
تبدأ النواتج من تراكيز صغيرة، ثم تزداد تدريجيا، فتزداد سرعة التفاعل العكسي حتى تتساوى السرعتان عند الاتزان.
ديناميكي: الاتزان ديناميكي — ليس توقفاً كيميائياً.
في مثال يثبت اللون البني المحمر عند الاتزان لأن نسب الغازين وتراكيزهما تثبت، لا لأن التفاعل توقف.
تشبيه: اتزان كسلم متحرك: نفس عدد الصاعدين والنازلين لكن المواقع ثابتة.
—
توقف ثانية: اكتب من الذاكرة: عند الاتزان تتساوى سرعة التفاعل الأمامي مع سرعة التفاعل العكسي، وتثبت تراكيز المواد ولا يتوقف التفاعل.
استراتيجية الحل: حدد المعطيات والمطلوب، اختر المفهوم أو القانون المناسب، ثم تحقق من الوحدات ومعنى النتيجة.
مثال تطبيقي: طبّق القاعدة مباشرة: حدد المؤثر، ثم الجهة التي تقلل أثره، ثم اكتب أثر الإزاحة في التراكيز أو اللون.
زيادة تركيز متفاعل ⇒ يزاح الاتزان نحو تكوين نواتج (يستهلك الفائض). سحب ناتج ⇒ عكس الاتجاه.
الضغط (غازات): زيادة P ⇒ يزاح نحو جهة أقل عدد مولات غاز. تقليل الحجم = زيادة P.
عدد المولات: قارن مجموع معاملات الغازات: يسار vs يمين في المعادلة الموزونة.
أمثلة: مثال: إضافة تزيد فيزاح الاتزان نحو تكوين ، فينقص تركيز ويزداد تركيز المعقد.
توقف ثانية: في ، زيادة الحجم تعني نقصان الضغط؛ لذلك يزاح الاتزان نحو جهة المولات الغازية الأكبر، أي نحو المتفاعلات.
تذكير: في الامتحان: ابدأ بالمفهوم أو القانون المناسب، ثم عوّض بحذر وتحقق من الوحدات ومعنى النتيجة. إن شككت في خطوة، راجع المثال أو الشكل في الدرس نفسه.
وفق مبدأ لوتشاتلييه، تؤدي زيادة تركيز مادة متفاعلة إلى إزاحة الاتزان نحو النواتج لاستك الزيادة، أما تغير الضغط فيؤثر في الاتزانات الغازية باتجاه الجهة ذات عدد مولات الغاز الأقل عند زيادة الضغط.
تفاعل ماص للحرارة ( للأمام): تسخين يزاح نحو النواتج. طارد: تبريد يزاح نحو النواتج.
مثال (): تسخين ⇒ لون بني أغمق (مزيد NO₂).
تجربة 1: تجربة Fe³⁺ + SCN⁻: إضافة NH₄Cl تفتح اللون (تقليل [Fe(SCN)]²⁺).
محفز: العامل المحفز لا يغيّر موضع الاتزان — فقط السرعة.
توقف ثانية: اكتب من الذاكرة: في التفاعل الطارد للحرارة، زيادة درجة الحرارة تزاح بالاتجاه العكسي غالبا لأنها تضيف حرارة إلى جهة النواتج.
تغيير درجة الحرارة يؤدي إلى حالة اتزان جديدة يختلف موضعها عن الحالة السابقة؛ فالتسخين يوجه الاتزان نحو الجهة التي تستهلك الحرارة، والتبريد يوجهه نحو الجهة التي تنتج الحرارة.
في اتزان يزيد التسخين تركيز البني المحمر، بينما يزيد التبريد تكوين فيصبح اللون أفتح.
الفكرة: في وعاء مغلق، تسخين اليود الصلب يؤدي إلى تكون بخار اليود — تسامي. تبريد قمة الوعاء بالجليد يساعد على عودة جزء من البخار إلى بلورات على السطح البارد.
الخطوات: يود في كأس + حمام مائي ساخن؛ زجاجة ساعة عليها قطع جليد على الفوهة. يسجل الطالب تغير بلورات اليود ولون بخاره، ثم يفسر ثبات اللون عند الاتزان بين التسامي وعودة البخار إلى صلب.
استنتاج: التسامي وعودة بخار اليود إلى صلب يقدمان مدخلا حسيا لفكرة الاتزان الديناميكي.
توقف ثانية: اكتب من الذاكرة: البلورات تظهر على السطح البارد لأن بخار اليود يتحول مباشرة إلى صلب، ومع ثبات لون البخار نفهم وجود اتزان بين التسامي والترسب.
قبل الانتقال: بعد هذا القسم، انتقل إلى بطاقة المراجعة النهائية وحل أمثلة وأسئلة الاتزان مع تحديد نوع المؤثر واتجاه الإزاحة أولًا.
العامل المساعد يزيد سرعة الوصول إلى الاتزان لأنه يمهد مسارا بديلا أسرع للتفاعلين الأمامي والعكسي معا. التفاعلات العكسية والاتزان الديناميكي؛ مبدأ لوتشاتلييه وتجربة Fe³⁺/SCN⁻؛ أثر الت
المحفز ليس إزاحة: إذا أضيف محفز إلى نظام متزن، لا نقول إن الاتزان أزيح يمينًا أو يسارًا؛ نقول إن النظام يصل إلى الاتزان بسرعة أكبر فقط.
لذلك لا يغيّر موضع الاتزان ولا يجعل الاتزان منحازا إلى جهة النواتج أو المتفاعلات.
قبل الانتقال: ميّز في أسئلة الامتحان بين تغير التركيز أو الضغط أو الحرارة وبين إضافة محفز.
قبل المراجعة: حل أسئلة المراجعة النهائية بترتيب ثابت: نوع المؤثر، اتجاه الإزاحة، أثره في التركيز أو اللون أو عدد مولات الغاز، ثم هل وصل النظام إلى موضع اتزان جديد.
في مثال ذي اللون البني لـ ، يفسر ازدياد اللون عند التسخين بأن الاتجاه الأمامي ماص للحرارة، فيزداد تكون . هذه الفكرة تربط الملاحظة التجريبية بمبدأ لوتشاتلييه.
تفاعلات تنتهي باستهلاك إحدى المواد المتفاعلة أو جميعها كلياً، ولا يمكن إعادة تكوين أي من المواد المتفاعلة مرة أخرى أثناء التفاعل، وتسير باتجاه واحد نحو تكوين المواد الناتجة.
تفاعلات تحدث في أوعية مغلقة لا تسمح بفقدان أي كمية من المواد المتفاعلة أو الناتجة، مما يتيح حدوث تفاعل بين المواد الناتجة، ويجعل التفاعل يحدث باتجاهين متعاكسين.
التفاعل الذي تبدأ فيه المواد المتفاعلة بالتفاعل فيما بينها وتتكون المواد الناتجة.
التفاعل الذي تبدأ فيه المواد الناتجة بالتفاعل معاً لتعيد تكوين المواد المتفاعلة مرة أخرى.
حالة يوصف فيها التفاعل بالديناميكي، حيث تصبح سرعة التفاعل الأمامي مساوية لسرعة التفاعل العكسي، وتثبت تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة والخصائص المرتبطة بها مثل الضغط واللون والحجم ودرجة الحرارة.
حالة التفاعل التي يمكن التحكم بها بإزاحته نحو اليمين لزيادة كمية المواد الناتجة، أو إزاحته نحو اليسار لتقليل كمية المواد الناتجة وزيادة كمية المواد المتفاعلة.
مبدأ ينص على أنه إذا حدث تغيير في أحد العوامل المؤثرة في الاتزان لتفاعل كيميائي متزن، فإن التفاعل يعمل على تعديل موضع الاتزان للتقليل من أثر ذلك التغيير.
مادة تزيد من سرعة التفاعل الكيميائي دون أن تستهلك أثناء التفاعل، حيث تمهد مساراً بديلاً للتفاعل، مما يجعل حدوثه أسرع (في زمن أقل).
عرّف الاتزان الكيميائي، ثم وضح لماذا يوصف بأنه ديناميكي وليس توقفا للتفاعل.
الاتزان الكيميائي حالة في تفاعل منعكس داخل وعاء مغلق تصبح فيها سرعة التفاعل الأمامي مساوية لسرعة التفاعل العكسي. يوصف بأنه ديناميكي لأن التفاعل يستمر في الاتجاهين بالسرعة نفسها، بينما تثبت تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة والخواص المرتبطة بها مثل اللون والضغط والحجم ودرجة الحرارة.
قارن بين التفاعل غير المنعكس والتفاعل المنعكس مستخدما مثال احتراق المغنيسيوم ومثال تكوين الأمونيا.
في التفاعل غير المنعكس مثل احتراق شريط المغنيسيوم في الأكسجين يتكون أكسيد المغنيسيوم وينتهي التفاعل باستهلاك المغنيسيوم ولا يعاد تكوين المتفاعلات أثناء التفاعل. أما في التفاعل المنعكس مثل تكوين الأمونيا من و في وعاء مغلق، فيحدث تفاعل أمامي يكوّن وتفاعل عكسي يفكك إلى و حتى يصل النظام إلى الاتزان.
في تفكك عديم اللون إلى البني المحمر، صف تغير تركيز وتركيز وسرعتي التفاعل قبل الوصول إلى الاتزان.
يبدأ تركيز عاليا ثم يتناقص، فتتناقص سرعة التفاعل الأمامي تدريجيا. ويبدأ تركيز صفرا تقريبا ثم يزداد، فتزداد سرعة التفاعل العكسي تدريجيا. ويصل التفاعل إلى الاتزان عندما تصبح سرعة التفاعل الأمامي مساوية لسرعة التفاعل العكسي وتثبت تراكيز المواد.
لماذا يصبح لون خليط بنيا محمرا ثابتا عند الاتزان، مع أن التفاعل لم يتوقف؟
عديم اللون و بني محمر. قبل الاتزان يزداد تركيز فيظهر اللون البني تدريجيا. عند الاتزان تثبت نسب الغازين في الوعاء فتثبت شدة اللون، لكن التفاعلين الأمامي والعكسي يستمران بالسرعة نفسها؛ لذلك ثبات اللون دليل على ثبات التراكيز لا توقف التفاعل.
اكتب نص مبدأ لوتشاتلييه، ثم اذكر العوامل المؤثرة في موضع الاتزان الكيميائي.
ينص مبدأ لوتشاتلييه على أنه إذا حدث تغيير في أحد العوامل المؤثرة في اتزان تفاعل كيميائي متزن فإن التفاعل يعمل على تعديل موضع الاتزان للتقليل من أثر ذلك التغيير. العوامل المؤثرة في موضع الاتزان هي التركيز والضغط ودرجة الحرارة، أما العامل المساعد فيسرع الوصول إلى الاتزان ولا يغير موضعه.
بطاقات مهمة
حالة في تفاعل منعكس تتساوى فيها سرعة التفاعل الأمامي مع سرعة التفاعل العكسي، فتثبت تراكيز المتفاعلات والنواتج والخواص المرتبطة بها.
لأن التفاعل يستمر في الاتجاهين الأمامي والعكسي بالسرعة نفسها عند الاتزان، رغم ثبات التراكيز واللون والضغط ونحوها.
تفاعلات تحدث في وعاء مغلق باتجاهين متعاكسين: تفاعل أمامي يكوّن النواتج، وتفاعل عكسي يعيد تكوين المتفاعلات.
تفاعلات تسير باتجاه واحد نحو تكوين النواتج، مثل احتراق شريط المغنيسيوم في الأكسجين لتكوين أكسيد المغنيسيوم.
في البداية تكون سرعة الأمامي كبيرة لأن تركيز المتفاعلات كبير، ثم تتناقص. أما سرعة العكسي فتبدأ صغيرة ثم تزداد مع تكون النواتج حتى تتساوى السرعتان.
عديم اللون، و بني محمر. لذلك يزداد اللون البني المحمر كلما ازداد تركيز .
يعني ثبات تراكيز الغازين ونسبهما في الوعاء، لا توقف التفاعل؛ إذ يستمر التفاعلان الأمامي والعكسي بالسرعة نفسها.
إذا حدث تغيير في أحد العوامل المؤثرة في اتزان تفاعل كيميائي متزن، فإن التفاعل يعدل موضع الاتزان للتقليل من أثر ذلك التغيير.
اتجاه أو حالة الاتزان التي تحدد هل تكون النواتج بنسبة أكبر أم المتفاعلات بنسبة أكبر، ويمكن إزاحته نحو اليمين أو اليسار بتغيير العوامل المؤثرة.
عند زيادة تركيز مادة يزاح الاتزان في الاتجاه الذي يستهلك جزءا من الزيادة، وعند سحب مادة يزاح في الاتجاه الذي يعوض النقص.
نصائح للمراجعة
موضوعات أخرى في الوحدة