Back to chapter

14.1:

التوازن الديناميكي

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Dynamic Equilibrium

Languages

Share

التفاعل الكيميائي التعاكسي،هو تفاعل،تحوّل للمواد المتفاعلة إلى نواتج وتحول عكسي للنواتج إلى مواد متفاعلة،بشكل متزامن. يوضع سهم مزدوج بين المواد المتفاعلة وبين النواتج للدلالة على طبيعتها التعاكسية. عندما يتساوى معدل تشكيل النواتج،أو معدل سرعة التفاعل إلى الأمام،مع معدل تكوين المواد المتفاعلة،أو معدل سرعة التفاعل العكسي يتحقق التوازن الكيميائي.التوازن الكيميائي في الواقع عملية ديناميكية. يبدو النظام بأكمله ساكنًا من الخارج-غير أنه على المستوى الجزيئي نشط جدًا. لنتأمل التفكك الحراري لخماسي كلوريد الفوسفور.عند تسخينه داخل وعاء مغلق،يتفكك غاز خماسي كلوريد الفوسفور إلى مزيج من ثلاثي كلوريد الفوسفور وغاز الكلور في تفاعل تعاكسي. مع تواصل حدوث التفاعل،يقل تركيز خماسي كلوريد الفوسفور فيما يزداد تزداد كمية ثلاثي كلوريد الفوسفور وغاز الكلور. ونتيجة لذلك،فإنّمعدل التفاعل الأمامي ينخفض بينما معدل التفاعل العكسي يرتفع.وأخيرًا،يتساوي معدل سرعتي التفاعل الأمامي و العكسي،ويحقق النظام توازنًا كيميائيًا. في هذه الحالة،فإن التركيزات النسبية لخماسي كلوريد الفوسفور،وثلاثي كلوريد الفوسفور،والكلور،لم تعد تتغير. مثل حالة التوازن هذه تسمى كذلك،توازنًا ديناميكيًا لأن كلا التفاعلين الأمامي والعكسي يتواصل حدوثهما ولكن بنفس معدل السرعة.بما أن المواد المتفاعلة والنواتج تتشكل بنفس المعدلات التي تُستهلك بها،فإنّتركيزاتها تبقى ثابتة،وليس بالضرورة متساوية. يكون التوازن الكيميائي متجانسًا،إذا كانت جميع المواد المتفاعلة والنواتج في تفاعل تعاكسي معيّن في الحالة ذاتها إما الغازية وإما السائلة. أما في التوازن غير المتجانس،فتكون المواد المتفاعلة والنواتج في حالات مختلفة.

14.1:

التوازن الديناميكي

يمثل التفاعل الكيميائي القابل للانعكاس عملية كيميائية تستمر في الاتجاهين الأمامي (من اليسار إلى اليمين) والعكس (من اليمين إلى اليسار). عندما تكون معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية متساوية، فإن تركيزات المادة المتفاعلة والمنتج تظل الأنواع ثابتة بمرور الوقت ويكون النظام في حالة توازن. يتم استخدام سهم مزدوج خاص للتأكيد على الطبيعة القابلة للانعكاس للتفاعل.تختلف التركيزات النسبية للمواد المتفاعلة والمنتجات في أنظمة التوازن بشكل كبير ؛ تحتوي بعض الأنظمة في الغالب على منتجات في حالة توازن ، وبعضها يحتوي على معظمها مواد متفاعلة ، وبعضها يحتوي على كميات ملحوظة من كليهما.

التوازن الديناميكي في التفاعلات الكيميائية

ضع في اعتبارك التحلل العكسي لرباعي أكسيد ثنائي النيتروجين عديم اللون لإنتاج ثاني أكسيد النيتروجين البني، كما هو موضح في المعادلة:

Eq1

عندما يبدأ التفاعل (الوقت = 0) ، يكون تركيز المادة المتفاعلة N2O4 محدوداً وتركيز المنتج NO2 هو صفر، لذلك يستمر التفاعل الأمامي بمعدل محدود بينما يكون معدل التفاعل العكسي صفراً. مع مرور الوقت ، يتم استهلاكN2O4 وينخفض ​​تركيزه ، بينما ينتج NO2 ويزداد تركيزه. يؤدي انخفاض تركيز المادة المتفاعلة إلى إبطاء معدل التفاعل الأمامي ، كما يؤدي تركيز المنتج المتزايد إلى تسريع معدل التفاعل العكسي. تستمر هذه العملية حتى تتساوى معدلات التفاعل الأمامية والعكسية، وفي ذلك الوقت يصل التفاعل إلى التوازن. من#8217; المهم التأكيد على أن التوازن الكيميائي ديناميكي ؛ وإن تفاعل ما عند التوازن لم “يتوقف,” لكنه يسير في الاتجاهين الأمامي والخلفي بنفس المعدل. وبالتالي، عند التوازن، لم تعد تركيزات N2O4 و NO2 تتغير لأن معدل تكوين NO2 يساوي تمامًا معدل استهلاك NO2، ومعدل تكوين N2O4 يساوي تمامًا بمعدل استهلاك N2O4.

التوازن متجانس وغير متجانس

التوازن المتجانس هو التوازن الذي توجد فيه جميع المواد المتفاعلة والمنتجات (وأي محفزات ، إن أمكن) في نفس المرحلة، إما في الطور المائي أو الغازي، كما هو موضح في الأمثلة التالية:

Eq2

يشتمل التوازن غير المتجانس على المواد المتفاعلة والمنتجات في مرحلتين مختلفتين أو أكثر ، كما هو موضح في المثال التالي:

Eq3

تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Section 13.1 Chemical Equilibria.