ما هو الاتزان الكيميائي؟
يعرف الاتزان أو التوازن الكيميائي (بالإنجليزية: Chemical equilibrium)، بأنه حالة النظام عندما يكون معدل التفاعل الأمامي فيه مساويًا لمعدل التفاعل العكسي،[١] ويمكن تعريفه أيضًا بأنه الحالة التي تظل فيها تركيزات جميع المواد المتفاعلة والناتجة ثابتة مع مرور الوقت،[٢] ويحدث التوازن الكيميائي في التفاعلات الكيميائية القابلة للانعكاس، والتي لا يحدث فيها أي تغيير صافٍ في كميات المواد المتفاعلة والناتجة، فالتفاعل الكيميائي القابل للانعكاس هو تفاعل تتفاعل فيه المواد الناتجة بمجرد تكوينها لإعادة إنتاج المواد المتفاعلة الأصلية.[٣]
كيف يحدث الاتزان الكيميائي؟
عندما تجتمع المواد المتفاعلة لأول مرة قبل تكوين أي نواتج، يتم تحديد معدل تفاعلها جزئيًا من خلال تراكيزها الأولية، ومع تراكم المواد الناتجة في التفاعل، ينخفض تركيز كل مادة متفاعلة، وكذلك ينخفض معدل التفاعل، وفي غضون ذلك، تبدأ بعض جزيئات النواتج في المشاركة في التفاعل العكسي، والذي يُعيد تشكيل المواد المتفاعلة مرةً أخرى، حيث يكون هذا التفاعل بطيئًا في البداية، ولكنه يزداد سرعةً مع زيادة تركيز النواتج، وفي النهاية، تصبح معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية متساوية، بحيث تتوقف تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة عن التغير، وهذا يعني أن التفاعل أصبح في حالة توازنٍ كيميائي.[٤]
ثابت الاتزان
يمثل التفاعل الافتراضي الآتي تفاعلًا قابلًا للانعكاس، بحيث تتفاعل فيه المواد المتفاعلة A وB لتكوين المواد الناتجة C وD، وتمثل الأحرف الصغيرة معاملات كل مادة:[١]
aA + bB ⇌ cC + dD
تبقى معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية هي نفسها عند التوازن، وبالتالي فإن تراكيز جميع المواد تبقى ثابتة، ولذلك فإن نسبة التركيز لأي تفاعل معين عند التوازن تحافظ على قيمة ثابتة، ويعرف ثابت الاتزان (بالإنجليزية: Equilibrium Constant)، ورمزه (Keq)، بأنه نسبة حاصل ضرب تراكيز المواد الناتجة في التفاعل على حاصل ضرب تراكيز المواد المتفاعلة في التفاعل، ويتم رفع كل تركيز إلى قوة معاملة في المعادلة الكيميائية الموزونة، ويتم كتابة تعبير ثابت الاتزان للتفاعل العام أعلاه على النحو الآتي:[١]
Keq= [C] ^c [D] ^d / [A] ^a [B] ^b
يقاس تركيز كل مادة موجودة داخل الأقواس المربعة []، بوحدة المولارية (مول / لتر)، أما فيما يتعلق بقيمة ثابت الاتزان وتراكيز كل من المواد المتفاعلة والناتجة فإنه كالآتي:[١]
- عندما تكون قيمة Keq أكبر من 1، يكون البسط أكبر من المقام، مما يعني أن تركيز المواد الناتجة أكبر من تركيز المواد المتفاعلة.
- عندما تكون قيمة Keq أقل من 1، يكون البسط أصغر من المقام، مما يعني أن تركيز المواد المتفاعلة أكبر من تركيز المواد الناتجة.
- عندما تكون قيمة Keq تساوي 1، يكون تركيز المواد المتفاعلة وتركيز المواد الناتجة متساويين تقريبًا.
العوامل المؤثرة على الاتزان الكيميائي
وفقًا لمبدأ لوشاتلييه (Le-Chatelier’s principle)، إذا كان هناك أي تغيير في العوامل التي تؤثر على ظروف الاتزان، فسيقوم النظام بمقاومة أو تقليل التأثير للتحول الكلي للتفاعل، ويتأثر الاتزان الكيميائي للتفاعل بعدة عوامل أهمها:[٥][٦]
التغير في التركيز
إذا تمّ زيادة تركيز إحدى المواد المتفاعلة سوف يؤدّي ذلك إلى نقص في تركيز المادّة الأخرى، وبالتالي زيادة في تركيز المواد الناتجة، أي أنّه وحسب قاعدة لوشاتلييه، فإنّ التفاعل سوف يتجّه إلى اليمين، وذلك بسبب زيادة تركيز إحدى المواد المتفاعلة، أما في حال زيادة تركيز المواد الناتجة، فإن التفاعل سوف يتجه نحو اليسار، والعكس صحيح في حال تم نقص التركيز، بحيث يكون اتجاه التفاعل دائما عكس زيادة التركيز.[٧][٦]
التغير في الضغط
يحدث التغيير في الضغط بسبب التغيير في الحجم، وإذا كان هناك تغيير في الضغط، فقد يؤثر ذلك على التفاعل الغازي؛ حيث إن العدد الإجمالي للمواد المتفاعلة والمواد الناتجة الغازية سيكون مختلفًا، ووفقًا لمبدأ لوشاتلييه، فإنه يمكن تجاهل تغيير الضغط في كل من المواد السائلة والمواد الصلبة؛ لأن الحجم مستقل عن الضغط.[٧]
التغير في درجة الحرارة
يعتمد التغير في درجة الحرارة على نوع التفاعل؛ تفاعل طارد أو ماص للحرارة، فإذا كان التفاعل طاردًا للحرارة، فإن ثابت الاتزان ينخفض مع زيادة درجة الحرارة، أما إذا كان التفاعل ماصًا للحرارة، فإن ثابت الاتزان يزداد مع زيادة درجة الحرارة، وإلى جانب ثابت الاتزان، فإن معدل التفاعل يتأثر أيضًا بالتغير في درجة الحرارة، فوفقًا لمبدأ لوشاتلييه، يتحول التوازن باتجاه المواد المتفاعلة عندما تزداد درجة الحرارة في حالة التفاعلات الطاردة للحرارة، أما بالنسبة للتفاعلات الماصة للحرارة، فيتحول التوازن باتجاه المواد الناتجة مع زيادة درجة الحرارة.[٧]
العامل المحفز
لا يؤثر العامل المحفز على الاتزان الكيميائي، وإنما يعمل فقط على تسريع التفاعل، إذ يعمل العامل المحفز على تسريع التفاعل الأمامي والتفاعل العكسي بالتساوي، وينتج عن هذا التفاعل الوصول إلى الاتزان بشكل أسرع، وستكون نفس الكمية من المواد المتفاعلة والناتجة موجودة عند الاتزان، سواء كان التفاعل محفزًا أو غير محفز، لكن وجود العامل المحفز يسهل استمرارية التفاعل الكيميائي فقط.[٧]
المراجع
- ^ أ ب ت ث "Chemical Equilibrium", libretexts. Edited.
- ↑ steven zumdahl, chemistry, Page 607. Edited.
- ↑ "Chemical equilibrium", britannica. Edited.
- ↑ "Chemical Equilibrium", National Center for Biotechnology Information. Edited.
- ↑ "What is Chemical Equilibrium?", byjus. Edited.
- ^ أ ب "14.8: Le Chatelier's Principle: Changing Concentration", jove, Retrieved 2/8/2021. Edited.
- ^ أ ب ت ث "What are Le Chatelier’s Principles?", byjus. Edited.
