14.3
يكون النظام في حالة توازن في حالة توازن ديناميكي ، مع حدوث تفاعلات أمامية وعكسية بمعدلات متساوية. إذا تعرض نظام التوازن لتغيير في الظروف التي تؤثر على…
يكون النظام في حالة توازن ديناميكي،حين يكون معدل سرعة التفاعل الأمامي مساوية لمعدل سرعة التفاعل العكسي. مع أن التفاعل لا يزال مستمرًا في كلا الاتجاهين،فإن التركيزات الإجمالية للمواد المتفاعلة والنواتج تبقى ثابتة. عند هذه النقطة،إذا تغير تركيز مادة متفاعلة أو ناتج،على سبيل المثال بإضافة جزيء إضافي من A أو بإزالة بعض جزيئات من C،يختل التوازن.
مثل هذه التغيرات تشكل اختلالات في النظام. وفقًا لمبدأ لو شاتليه،عندما يختل نظام في حالة توازن،نتيجة تغيير في التركيز،أو الحجم،أو الضغط،أو درجة الحرارة،سيتغير التوازن في الاتجاه الذي يحد من الاختلال ويستعيد التوازن. لفهم ردة فعل النظام للتغييرات في التركيز،لنتأمل خزاني مياه متصلين،و مبدئيًا يكون مستوى الماء في الخزانين متساوي،ويكون النظام في حالة توازن.
ثم يُضاف الماء إلى الخزان يرتفع مستوى الماء في الخزان نتيجة الاختلال فيختل التوازن. لموازنة هذا الاختلال،يتدفق جزء من الماء إلى الخزان لاستعادة التوازن. وفي المقابل،إذا أزيل ماء من الخزان فإن انخفاض مستوى الماء يسبب اختلالًا.
وبالتالي يتدفق الماء من الخزان إلى الخزان لاستعادة التوازن. بالنسبة لنظام في حالة توازن يكون حاصل قسمة التفاعل مساويًا لثابت التوازن. بإضافة مزيد من المواد المتفاعلة إلى خليط التوازن،تنخفض قيمة Q.وفقًا لمبدأ لو شاتليه،فإن النظام يحد من هذا الاختلال بتحريك وضعية التوازن نحو النواتج لاستهلاك المادة الفاعلةالمضافة واستعادة التوازن.
وبالمثل،فإن إزالة منتج من الخليط المتوازن ستؤدي إلى ردة فعل مشابهة من أجل استعادة التوازن. وعلى العكس،فإن إضافة مزيد من النواتج تزيد قيمة Q،وبالتالي،تتحرك وضعية التوازن باتجاه المواد المتفاعلة لاستهلاك الناتج المضاف واستعادة التوازن. إذا طرأ تغيير على التركيز ستتحرك وضعية التوازن دون تغيير قيمة K.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What happens to an equilibrium system when you add more reactant?
Adding reactant decreases the reaction quotient (Q), causing the equilibrium to shift toward products. This shift consumes the added reactant and re-establishes equilibrium. The system minimizes the stress by expending the extra reactant molecules to restore balance between forward and reverse reaction rates.
Q2: How does removing a product affect a system at equilibrium?
Removing product decreases the reaction quotient, triggering a forward shift in equilibrium. The system responds by shifting toward products to replace the removed molecules and restore equilibrium. This shift consumes reactants and produces more product until balance is reestablished between reaction rates.
Q3: What is Le Châtelier's principle and how does it explain concentration changes?
Le Châtelier's principle states that when an equilibrium system is stressed by a concentration change, the system shifts to minimize that stress and restore equilibrium. The equilibrium position shifts in the direction that counteracts the stress, whether reactants or products are added or removed, without changing the equilibrium constant value.
Q4: Why does adding product to an equilibrium mixture cause a leftward shift?
Adding product increases the reaction quotient (Q) above the equilibrium constant (K), making Q greater than K. The system responds by shifting left toward reactants to consume the excess product and re-establish equilibrium. This leftward shift reduces product concentration back to its equilibrium value.
Q5: Does the equilibrium constant change when you alter the concentration of reactants or products?
No, the equilibrium constant remains unchanged when concentrations are altered. Although the equilibrium position shifts to a new composition, the value of K stays the same. Concentration changes shift equilibrium without affecting the fundamental relationship defined by the equilibrium constant expression.
Q6: How can you predict which direction an equilibrium will shift using the reaction quotient?
Compare the reaction quotient (Q) to the equilibrium constant (K). If Q is less than K, the equilibrium shifts right toward products. If Q is greater than K, the equilibrium shifts left toward reactants. This comparison allows you to predict the direction of shift before the system reaches equilibrium.
Q7: What is the difference between a stress on an equilibrium system and the system's response?
A stress is the change applied to the system, such as adding or removing a reactant or product. The response is the equilibrium shift that occurs afterward to counteract that stress. The system's shift continues until the forward and reverse reaction rates are equal again, restoring dynamic equilibrium.