تمثل الكيمياء جزء كبير من حياتنا اليومية، حيث تتواجد في الأطعمة التي نتناولها ، الهواء الذي نتنفسه، مواد التنظيف ومختلف المواد التي نستعملها بشكل يومي، حتى أنها تدخل في تفسير عواطفنا وكل شيء يمكن رؤيته أو لمسه حرفيا. قد تكون بعض التفاعلات الكيميائية الشائعة واضحة ، لكن البعض الآخر قد يفاجئنا. يتكون جسمنا من مركبات كيميائية ، والتي هي مزيج من العناصر. العواطف التي تشعر بها هي نتيجة للرسل الكيميائي ، وخاصة الناقلات العصبية. الحب ، الغيرة ، الحسد ، الافتتان والخيانة كلها تشترك في كونها تفاعلات كيميائية.
في هذا المقال سنتناول عنصر بسيط جدا من عناصر الكيمياء، الاتزان الكيميائي ، تعريفه، خواصه ، العوامل المؤثرة في تفاعلاته ، وكذا أنواع الاتزان الكيميائي مع الأمثلة.
تعريف الاتزان الكيميائي
Chemical equilibrium، أو الاتزان الكيميائي ، مصطلح يعبر عن حالة الاتزان في التفاعلات الكيميائية وبالتحديد على حالة تساوي نسب التركيز بين المواد المتفاعلات والمواد الناتجة عن التفاعل. وبشكل أكثر دقة، التفاعل الاتزان الكيميائي هو حالة تعبر عن عدم حدوث تغيرات في التفاعلات الكيميائية بعد مدة زمنية بسيطة من بدأها، والذي ينتج عن تساو سرعة التفاعل في اتجاهيها ، المباشر والمعاكس لها دون انعدامها. ويعبر عن الحالة التي يكون فيها المتفاعلات و النواتج كلها ذات تركيز ثابت.
الاتزان الكيميائي عنصر من عناصر الكيمياء الذي يضمن ويحقق قوانين حفظ الطاقة والكتلة وهو شرط ضروري من شروط تحقق التوازن الترمودينامكي
العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي
يتأثر الاتزان الكيميائي بعدة عوامل منها:
نسبة تركيز المواد المتفاعلة، حيث أن زيادة تركيز مادة معينة في التفاعل الكيميائي، يرتبط ارتباطا عكسيا بنقصان تركيز عنصر أخر في التفاعل. ووفقا لقاعدة لوشاتلييه، زيادة نسبة تركيز أحد المواد المتفاعلة يوجه التفاعل الكيميائي إلى اليمين. كما أن درجة الحرارة تمثل أحد العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي، حيث أن ارتفاعها يؤدي بدوره إلى تغير في اتجاه التفاعل الكيميائي، ويعتبر العامل الأمامي للتفاعل عامل يمتص هذه الحرارة مما يزيد في قيمة ثابت الاتزان الكيميائي.
ومن المؤثرات الأخرى نجد، عنصر الضغط ، والذي ينتج عنه غاز يوجه التف اعل الكيميائي إلى الاتجاه الأقل حجما، وهو عامل أساسي في التفاعلات الكيميائية ويؤثر على التوازن الكيميائي وقيمته . وفيما يخص الغازات، يعد الغاز الخام من العوامل التي لا تأثر على التوازن الكيميائي بشكل مباشر، إنما يظهره تأثيره في زيادة معدلات الضغط الكلي في التفاعلات. ولا تشكل المواد المحفزة أي تغيير في اتجاه الاتزان الكيميائي أو طبيعته.
ومن خواص الاتزان الكيميائي ، تشكل اتجاهين متعاكسين في جميع تفاعلاتها واللذان يكونان موجهين بنفس السرعة لتحقيق هذا التوازن، كما أنه ذو طبيعة ديناميكية ونشط بشكل مستمر. التفاعلات الكيميائية تتم فيه بشكل تلقائي ودون أي تأثيرات خارجة تسبب تغيرات ينتج عنها الاتزان.
أنوع الاتزان الكيميائي وأمثلتها
هناك نوعان من التوازن الكيميائي: توازن متجانس وتوازن غير متجانسة.
-التوازن المتجانس، ويتم من خلال تفاعلات الاتزان الكيميائي التي تكون فيها جميع المواد المتفاعلة والمواد الناتجة في نفس المرحلة ، وتكون فيها، عدد جزيئات المنتج يساوي عدد جزيئات المادة المتفاعلة. فمثلا:
N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2NO (g)
H2 (g) I2 ⇌ 2HI (g)
و عدد جزيئات المنتج لا يساوي عدد جزيئات المادة المتفاعلة. وفي مثال على ذلك:
COCl2 (g) ⇌ CO (g) + Cl2 (g)
2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2SO3 (g)
-التوازن غير المتجانس، وتكون فيه تفاعلات الاتزان الكيميائي التي توجد بها المواد المتفاعلة والمواد الناتجة في مرحلتين مختلفتين من التفاعل ، وكمثال على ذلك، تفكك كربونات الكالسيوم الصلبة لإعطاء أكسيد الكالسيوم الصلب وثاني أكسيد الكربون الغازي: CaCO3 (S) ⇌ CaO (s) + CO2 (g) ، ولا تشمل تفاعلات الاتزان الكيميائي غير المتجانس على تركيزات المواد الصلبة النقية، لأن تركيزاتها تظل ثابتة، وبالمثل، يفترض أيضا أن تكون تركيزات المواد السائلة النقية ثابتة ولا تظهر في تركيز المواد في تفاعلات الاتزان الكيميائي.
وهناك العديد من الأمثلة على التوازن الكيميائي في كل مكان حولك. وكمثال أخر ،زجاجة مشروب متجمد . يوجد في الزجاجة ثاني أكسيد الكربون (CO2) المذاب في السائل ويوجد كذلك غاز ثاني أكسيد الكربون. في الفراغ بين السائل والغطاء. هناك حركة مستمرة لثاني أكسيد الكربون . من السائل إلى الغاز ، ومن الغاز إلى السائل. ومع ذلك ، إذا نظرت إلى الزجاجة ، فلا يبدو أن هناك أي تغيير.
بدون الاتزان الكيميائي لا تكون الحياة ممكنة ومن أهم الامثلة على الاتزان الكيميائي الظاهر داخل أجسادنا. الهيموغلوبين هو جزيء كبير ينقل الأكسجين عبر مختلف خلايا أجسامنا. و يجب أن يكون الهيموغلوبين قادرًا على نقل الأكسجين لتحريره في الخلايا ويتم ذلك من خلال تفاعلات الاتزان الكيميائي.
في هذا المقال سنتناول عنصر بسيط جدا من عناصر الكيمياء، الاتزان الكيميائي ، تعريفه، خواصه ، العوامل المؤثرة في تفاعلاته ، وكذا أنواع الاتزان الكيميائي مع الأمثلة.
تعريف الاتزان الكيميائي
Chemical equilibrium، أو الاتزان الكيميائي ، مصطلح يعبر عن حالة الاتزان في التفاعلات الكيميائية وبالتحديد على حالة تساوي نسب التركيز بين المواد المتفاعلات والمواد الناتجة عن التفاعل. وبشكل أكثر دقة، التفاعل الاتزان الكيميائي هو حالة تعبر عن عدم حدوث تغيرات في التفاعلات الكيميائية بعد مدة زمنية بسيطة من بدأها، والذي ينتج عن تساو سرعة التفاعل في اتجاهيها ، المباشر والمعاكس لها دون انعدامها. ويعبر عن الحالة التي يكون فيها المتفاعلات و النواتج كلها ذات تركيز ثابت.
الاتزان الكيميائي عنصر من عناصر الكيمياء الذي يضمن ويحقق قوانين حفظ الطاقة والكتلة وهو شرط ضروري من شروط تحقق التوازن الترمودينامكي
العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي
يتأثر الاتزان الكيميائي بعدة عوامل منها:
نسبة تركيز المواد المتفاعلة، حيث أن زيادة تركيز مادة معينة في التفاعل الكيميائي، يرتبط ارتباطا عكسيا بنقصان تركيز عنصر أخر في التفاعل. ووفقا لقاعدة لوشاتلييه، زيادة نسبة تركيز أحد المواد المتفاعلة يوجه التفاعل الكيميائي إلى اليمين. كما أن درجة الحرارة تمثل أحد العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي، حيث أن ارتفاعها يؤدي بدوره إلى تغير في اتجاه التفاعل الكيميائي، ويعتبر العامل الأمامي للتفاعل عامل يمتص هذه الحرارة مما يزيد في قيمة ثابت الاتزان الكيميائي.
ومن المؤثرات الأخرى نجد، عنصر الضغط ، والذي ينتج عنه غاز يوجه التف اعل الكيميائي إلى الاتجاه الأقل حجما، وهو عامل أساسي في التفاعلات الكيميائية ويؤثر على التوازن الكيميائي وقيمته . وفيما يخص الغازات، يعد الغاز الخام من العوامل التي لا تأثر على التوازن الكيميائي بشكل مباشر، إنما يظهره تأثيره في زيادة معدلات الضغط الكلي في التفاعلات. ولا تشكل المواد المحفزة أي تغيير في اتجاه الاتزان الكيميائي أو طبيعته.
ومن خواص الاتزان الكيميائي ، تشكل اتجاهين متعاكسين في جميع تفاعلاتها واللذان يكونان موجهين بنفس السرعة لتحقيق هذا التوازن، كما أنه ذو طبيعة ديناميكية ونشط بشكل مستمر. التفاعلات الكيميائية تتم فيه بشكل تلقائي ودون أي تأثيرات خارجة تسبب تغيرات ينتج عنها الاتزان.
أنوع الاتزان الكيميائي وأمثلتها
هناك نوعان من التوازن الكيميائي: توازن متجانس وتوازن غير متجانسة.
-التوازن المتجانس، ويتم من خلال تفاعلات الاتزان الكيميائي التي تكون فيها جميع المواد المتفاعلة والمواد الناتجة في نفس المرحلة ، وتكون فيها، عدد جزيئات المنتج يساوي عدد جزيئات المادة المتفاعلة. فمثلا:
N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2NO (g)
H2 (g) I2 ⇌ 2HI (g)
و عدد جزيئات المنتج لا يساوي عدد جزيئات المادة المتفاعلة. وفي مثال على ذلك:
COCl2 (g) ⇌ CO (g) + Cl2 (g)
2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2SO3 (g)
-التوازن غير المتجانس، وتكون فيه تفاعلات الاتزان الكيميائي التي توجد بها المواد المتفاعلة والمواد الناتجة في مرحلتين مختلفتين من التفاعل ، وكمثال على ذلك، تفكك كربونات الكالسيوم الصلبة لإعطاء أكسيد الكالسيوم الصلب وثاني أكسيد الكربون الغازي: CaCO3 (S) ⇌ CaO (s) + CO2 (g) ، ولا تشمل تفاعلات الاتزان الكيميائي غير المتجانس على تركيزات المواد الصلبة النقية، لأن تركيزاتها تظل ثابتة، وبالمثل، يفترض أيضا أن تكون تركيزات المواد السائلة النقية ثابتة ولا تظهر في تركيز المواد في تفاعلات الاتزان الكيميائي.
وهناك العديد من الأمثلة على التوازن الكيميائي في كل مكان حولك. وكمثال أخر ،زجاجة مشروب متجمد . يوجد في الزجاجة ثاني أكسيد الكربون (CO2) المذاب في السائل ويوجد كذلك غاز ثاني أكسيد الكربون. في الفراغ بين السائل والغطاء. هناك حركة مستمرة لثاني أكسيد الكربون . من السائل إلى الغاز ، ومن الغاز إلى السائل. ومع ذلك ، إذا نظرت إلى الزجاجة ، فلا يبدو أن هناك أي تغيير.
بدون الاتزان الكيميائي لا تكون الحياة ممكنة ومن أهم الامثلة على الاتزان الكيميائي الظاهر داخل أجسادنا. الهيموغلوبين هو جزيء كبير ينقل الأكسجين عبر مختلف خلايا أجسامنا. و يجب أن يكون الهيموغلوبين قادرًا على نقل الأكسجين لتحريره في الخلايا ويتم ذلك من خلال تفاعلات الاتزان الكيميائي.
