يشير الاتزان الكيميائي إلى الحالة التي لا يوجد فيها ميل لكل من المواد المتفاعلة والمنتجات الموجودة في التركيز مع تغير الفترة الزمنية خلال التفاعل الكيميائي، والتفاعل الكيميائي يحقق التوازن الكيميائي عندما يكون معدل التفاعل الأمامي ومعدل التفاعل العكسي هو نفسه، وأيضا نظرا لأن المعدلات متساوية ولا يوجد تغيير صاف في تركيزات المواد المتفاعلة والمنتجات، يشار إلى الحالة باسم توازن ديناميكي ويعرف ثابت المعدل باسم ثابت التوازن، والأنظمة المتوازنة هي التوازن، على سبيل المثال إذا كنت تعمل على جهاز المشي فأنت في حالة حركة ثابتة، ومع ذلك فأنت لا تتحرك للأمام أو للخلف، وبأسرع ما تقوم بتشغيله إلى الأمام فإن جهاز المشي يقوم بتحريكك للخلف لذلك أنت في حالة توازن مع الجهاز، وبنفس الطريقة يمكن أن تكون التفاعلات الكيميائية في حالة توازن (يتم إنتاج المنتجات والمواد المتفاعلة بنفس المعدل) .
ما هي أنواع التوازن الكيميائي
التوازن الكيميائي هو حالة التفاعل العكسي حيث معدل التفاعل الأمامي يساوي معدل التفاعل العكسي، بينما يكون التفاعل في حالة توازن، يكون تركيز المواد المتفاعلة والمنتجات ثابتا، وهناك نوعان من الاتزان الكيميائي :
التوازن المتجانس
تعرف تفاعلات التوازن التي تكون فيها جميع المواد المتفاعلة والمنتجات في نفس المرحلة بتفاعلات التوازن المتجانسة، وهذه مقسمة إلى فئتين :
(أ) عدد جزيئات المنتج يساوي عدد جزيئات المادة المتفاعلة، فمثلا :
N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2NO (g)
H2 (g) I2 ⇌ 2HI (g) .
(ب) عدد جزيئات المنتج لا يساوي عدد جزيئات المادة المتفاعلة، فمثلا :
COCl2 (g) ⇌ CO (g) + Cl2 (g)
2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2SO3 (g) .
توازن غير متجانس
تعرف تفاعلات التوازن التي توجد بها المواد المتفاعلة والمنتجات في مراحل مختلفة باسم تفاعلات التوازن غير المتجانسة، حيث تفكك كربونات الكالسيوم الصلبة لإعطاء أكسيد الكالسيوم الصلب وثاني أكسيد الكربون الغازي : CaCO3 (S) ⇌ CaO (s) + CO2 (g)، ولا يشمل تعبير الاتزان لتفاعلات التوازن غير المتجانسة تركيزات المواد الصلبة النقية لأن تركيزاتها تظل ثابتة، وبالمثل يفترض أيضا أن تكون تركيزات السوائل النقية ثابتة ولا تظهر في تعبير تركيز الاتزان، حيث يكون [الصلب] = 1 و [السائل] = 1 .
أمثلة الاتزان الكيميائي
هناك العديد من الأمثلة على التوازن الكيميائي في كل مكان حولك، ومن الأمثلة على ذلك زجاجة من التجمد المميز، حيث يوجد في الزجاجة ثاني أكسيد الكربون المذاب في السائل، ويوجد أيضا غاز، وفي المسافة بين السائل والغطاء هناك حركة مستمرة من السائل إلى مرحلة الغاز، ومن مرحلة الغاز إلى السائل، ومع ذلك إذا نظرت إلى الزجاجة فلا يبدو أن هناك أي تغيير، فالنظام في حالة توازن، وبدون التوازن الكيميائي في الحياة لن يكون ممكنا، ومثال آخر على التوازن في حياتنا اليومية يستمر داخل أجسادنا، الهيموجلوبين هو جزيء كبير ينقل الأكسجين حول أجسامنا، وبدونها لن نعيش، ويجب أن يكون الهيموجلوبين قادرا على تناول الأكسجين ولكن أيضا لتحريره ويتم ذلك من خلال التغييرات في التوازن الكيميائي لهذا التفاعل في أماكن مختلفة في أجسامنا ، ومن الأمثلة :
في الدورق الأول يصبح الماء السائل بخارا للمياه نتيجة التبخر وانخفاض مستوى الماء، وسوف تتكثف كمية صغيرة من جزيئات الغاز مرة أخرى ولكن نظرا لأن جزيئات الغاز يمكنها الهروب من النظام، يكون هناك تكثيف أقل بكثير من التبخر، وفي الدورق الثاني يحدث التبخر أيضا، ومع ذلك في هذه الحالة يلامس البخار سطح الغطاء الزجاجي ويبرد ويتكثف لتكوين الماء السائل مرة أخرى، ويتم إرجاع هذا الماء إلى الدورق، وبمجرد أن يبدأ التكثيف سيبدأ انخفاض معدل منسوب المياه، وفي مرحلة ما سيكون معدل التبخر مساويا لمعدل التكثيف، ولن يكون هناك تغيير في مستوى الماء في الدورق، ويمكن تمثيل ذلك على النحو التالي :
في هذا المثال يمكن أن يستمر التفاعل (في هذه الحالة تغيير في مرحلة الماء) في أي من الاتجاهين، وفي الاتجاه الأمامي يكون هناك تغير في الطور من السائل إلى الغاز الموجود هنا كبخار الماء، ويمكن أن يحدث تغيير عكسي أيضا عندما يتكثف البخار لتكوين سائل مرة أخرى .
حقائق علمية عن التوازن الكيميائي
التبخر هو عندما تنتقل المادة من الطور السائل إلى طور الغاز (يتبخر)، والتكثيف هو عندما تنتقل مادة ما من مرحلة الغاز إلى المرحلة السائلة (تتكثف)، وتحتوي الزجاجة على بخار الماء (الغاز) وتتكثف قطرات الماء على جانب الزجاجة، والنظام المفتوح هو النظام الذي يمكن أن تتدفق فيه المادة أو الطاقة إلى النظام أو خارجه، وفي المثال التوضيحي للغاز السائل الذي استخدمناه كان الدورق الأول مثالا على نظام مفتوح لأنه يمكن تسخين أو تبريد الدورق (تغيير في الطاقة)، ويمكن أن يتبخر بخار الماء (الأمر) من الدورق .
والنظام المغلق هو النظام الذي يمكن أن تدخل أو تغادر فيه الطاقة لكن المادة لا تستطيع ذلك، ويعتبر الدورق الثاني ذو الغطاء الزجاجي مثالا على نظام مغلق، ولا يزال من الممكن تسخين أو تبريد الكأس، ولكن بخار الماء لا يمكن أن يترك النظام لأن الغطاء الزجاجي يمثل حاجزا، ويغير التكثيف البخار إلى سائل ويعيده إلى الدورق، وبمعنى آخر لا يوجد أي فقدان للأمر من النظام .
ما هي أنواع التوازن الكيميائي
التوازن الكيميائي هو حالة التفاعل العكسي حيث معدل التفاعل الأمامي يساوي معدل التفاعل العكسي، بينما يكون التفاعل في حالة توازن، يكون تركيز المواد المتفاعلة والمنتجات ثابتا، وهناك نوعان من الاتزان الكيميائي :
التوازن المتجانس
تعرف تفاعلات التوازن التي تكون فيها جميع المواد المتفاعلة والمنتجات في نفس المرحلة بتفاعلات التوازن المتجانسة، وهذه مقسمة إلى فئتين :
(أ) عدد جزيئات المنتج يساوي عدد جزيئات المادة المتفاعلة، فمثلا :
N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2NO (g)
H2 (g) I2 ⇌ 2HI (g) .
(ب) عدد جزيئات المنتج لا يساوي عدد جزيئات المادة المتفاعلة، فمثلا :
COCl2 (g) ⇌ CO (g) + Cl2 (g)
2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2SO3 (g) .
توازن غير متجانس
تعرف تفاعلات التوازن التي توجد بها المواد المتفاعلة والمنتجات في مراحل مختلفة باسم تفاعلات التوازن غير المتجانسة، حيث تفكك كربونات الكالسيوم الصلبة لإعطاء أكسيد الكالسيوم الصلب وثاني أكسيد الكربون الغازي : CaCO3 (S) ⇌ CaO (s) + CO2 (g)، ولا يشمل تعبير الاتزان لتفاعلات التوازن غير المتجانسة تركيزات المواد الصلبة النقية لأن تركيزاتها تظل ثابتة، وبالمثل يفترض أيضا أن تكون تركيزات السوائل النقية ثابتة ولا تظهر في تعبير تركيز الاتزان، حيث يكون [الصلب] = 1 و [السائل] = 1 .
أمثلة الاتزان الكيميائي
هناك العديد من الأمثلة على التوازن الكيميائي في كل مكان حولك، ومن الأمثلة على ذلك زجاجة من التجمد المميز، حيث يوجد في الزجاجة ثاني أكسيد الكربون المذاب في السائل، ويوجد أيضا غاز، وفي المسافة بين السائل والغطاء هناك حركة مستمرة من السائل إلى مرحلة الغاز، ومن مرحلة الغاز إلى السائل، ومع ذلك إذا نظرت إلى الزجاجة فلا يبدو أن هناك أي تغيير، فالنظام في حالة توازن، وبدون التوازن الكيميائي في الحياة لن يكون ممكنا، ومثال آخر على التوازن في حياتنا اليومية يستمر داخل أجسادنا، الهيموجلوبين هو جزيء كبير ينقل الأكسجين حول أجسامنا، وبدونها لن نعيش، ويجب أن يكون الهيموجلوبين قادرا على تناول الأكسجين ولكن أيضا لتحريره ويتم ذلك من خلال التغييرات في التوازن الكيميائي لهذا التفاعل في أماكن مختلفة في أجسامنا ، ومن الأمثلة :
في الدورق الأول يصبح الماء السائل بخارا للمياه نتيجة التبخر وانخفاض مستوى الماء، وسوف تتكثف كمية صغيرة من جزيئات الغاز مرة أخرى ولكن نظرا لأن جزيئات الغاز يمكنها الهروب من النظام، يكون هناك تكثيف أقل بكثير من التبخر، وفي الدورق الثاني يحدث التبخر أيضا، ومع ذلك في هذه الحالة يلامس البخار سطح الغطاء الزجاجي ويبرد ويتكثف لتكوين الماء السائل مرة أخرى، ويتم إرجاع هذا الماء إلى الدورق، وبمجرد أن يبدأ التكثيف سيبدأ انخفاض معدل منسوب المياه، وفي مرحلة ما سيكون معدل التبخر مساويا لمعدل التكثيف، ولن يكون هناك تغيير في مستوى الماء في الدورق، ويمكن تمثيل ذلك على النحو التالي :
في هذا المثال يمكن أن يستمر التفاعل (في هذه الحالة تغيير في مرحلة الماء) في أي من الاتجاهين، وفي الاتجاه الأمامي يكون هناك تغير في الطور من السائل إلى الغاز الموجود هنا كبخار الماء، ويمكن أن يحدث تغيير عكسي أيضا عندما يتكثف البخار لتكوين سائل مرة أخرى .
حقائق علمية عن التوازن الكيميائي
التبخر هو عندما تنتقل المادة من الطور السائل إلى طور الغاز (يتبخر)، والتكثيف هو عندما تنتقل مادة ما من مرحلة الغاز إلى المرحلة السائلة (تتكثف)، وتحتوي الزجاجة على بخار الماء (الغاز) وتتكثف قطرات الماء على جانب الزجاجة، والنظام المفتوح هو النظام الذي يمكن أن تتدفق فيه المادة أو الطاقة إلى النظام أو خارجه، وفي المثال التوضيحي للغاز السائل الذي استخدمناه كان الدورق الأول مثالا على نظام مفتوح لأنه يمكن تسخين أو تبريد الدورق (تغيير في الطاقة)، ويمكن أن يتبخر بخار الماء (الأمر) من الدورق .
والنظام المغلق هو النظام الذي يمكن أن تدخل أو تغادر فيه الطاقة لكن المادة لا تستطيع ذلك، ويعتبر الدورق الثاني ذو الغطاء الزجاجي مثالا على نظام مغلق، ولا يزال من الممكن تسخين أو تبريد الكأس، ولكن بخار الماء لا يمكن أن يترك النظام لأن الغطاء الزجاجي يمثل حاجزا، ويغير التكثيف البخار إلى سائل ويعيده إلى الدورق، وبمعنى آخر لا يوجد أي فقدان للأمر من النظام .
