تعريف حالة الاتزان الديناميكي .. وأمثلة عليه

حالة الاتزان الديناميكي

حالة الاتزان الديناميكي هي عبارة أن تسير التفاعلات الكيميائية في شتى الاتجاهين سواء للأمام أو للخلف أو حتى في اتجاه واحد فقط، كما قدتُعرف التفاعلات التي تتحلاك في اتجاهين بأن لها ردود الفعل العكسية ، ومن الممكن التعرف عليها عن طريق الأسهم التي تسير في اتجاهين كما هو موضح في المثال أدناه.

H2O (l) ⇌ H + (aq) + OH- (aq)

التوازن الديناميكي يحدث فقط خلال التفاعلات العكسية ، وهذا يكون حين يصبح معدل التفاعل الأمامي يتساوى مع معدل التفاعل العكسي، فأن هذه المعادلات ديناميكية تكون من خلال التفاعلات الأمامية والعكسية التي ما زالت تحدث ، ولكن المعدلين متساويين وغير متغيرين ، من هنا فهما أيضًا في حالة توازن.

التوازن الديناميكي يعتبر بمثابة مثال عن نظام في حالة مستقرة ومعنى هذا أن المتغيرات في المعادلة لا تتغير مع مضي الوقت وهذا بسبب أن معدلات التفاعل متساوية، ففي حالة النظر إلى تفاعل في توازن ديناميكي ، سيظهر أنه لا شيء يحدث لأن تركيزات في كل مادة تكون ثابتة لكن مع هذا، تحدث ردود الفعل بشكل دائم.

قد يحدث التوازن الديناميكي فقط في داخل مختبرات الكيمياء ولكن كل منا قد شاهد مثل من أمثال التوازن الديناميكي ففي كل مرة يشرب فيها مشروب غازي فتكون زجاجة صودا محكمة الغلق ، يوجد ثاني أكسيد الكربون في كل من المرحلة السائلة أو المائية والمرحلة الغازية السبب في وجود الفقاعات فأن مرحلتان من ثاني أكسيد الكربون تكون بحالة توازن ديناميكي في زجاجة الصودا محكمة الغلق لأن ثاني أكسيد الكربون الغازي يذوب في شكله السائل بذات المعدل الذي يحدث فيه تحول الشكل السائل لثاني أكسيد الكربون ليكون بشكله الغازي.[1]

أمثلة على حالة الاتزان الديناميكي

• تفكك الخل في محلول مائي.
• حركة القطار بسرعة ثابتة.
• تحليق الطائرة بسرعة ثابتة.
• تتحرك السيارة بسرعة ثابتة.
• الجري على جهاز المشي بسرعة ثابتة.
• سقوط حر للجسم بعد أن يصل إلى السرعة النهائية.
• تدفق مستمر للمياه داخل الأنبوب.

معدل تكوين المواد المتفاعلة هو مساوي لمعدل تكوين المنتجات وبالتبعية فيكون المحتوى الصافي للنظام هو ذاته وهذا هو السبب في أن هذه المواد تكون في حالة توازن محايد.

حين يركض القطار بسرعة ثابتة فقد يتم موازنة الاحتكاك مع القوة الأمامية التي يقوم بها القطار فأن عند السرعة الثابتة قد لا يتغير حجم القوى.

أما القوة المتصاعدة فهي تساوي القوة الناتجة عن طريق الجاذبية فأن لم يلاحظ أي تغيير آخر وبالتالي فأن هذا توازن ديناميكي.

يتم موازنة الوزن من خلال قوة رد الفعل ويحدث موازنة القوة الأمامية بالاحتكاك وكذلك أن القوة الأمامية قد تتعارض مع الاحتكاك بمعدل متساوٍ وأن لم يلاحظ أي تغيير آخر في القوة فسوف تبقى القوة الكلية كما هي ومن ثم تعتبر إنها في حالة توازن ديناميكي.

تساوي الحركة الأمامية للساقين مع الحركة الخلفية لأرضية جهاز المشي وهذا قد يترك الإنسان يجري بذات المكان ومن ثم تقوم هذه القوى على موازنة بعضها البعض وتجعل الشخص الذي يجري على جهاز المشي والجهاز ذاته في حالة توازن ديناميكي وهذا على أعتيار كلاهما نظامًا واحدًا.

بعد الولوصل إلى السرعة النهائية فقد تكون شتى القوى متوازنة ولا تتغير حتى مع الحركة هبوط الجسم الحر الساقط.

يعتبر معدل دخول الماء إلى الأنبوب هو يساوي معدل خروج الماء من داخل الأنبوب من هنا فإن الأنبوب يعتبر نظام في حالة توازن ديناميكي.[2]ٍ

العوامل المؤثرة في الاتزان الديناميكي

التغيير في التركيز: فقد يتم عمل تخفيف لتركيز المواد المتفاعلة أو حتى تخفيف للمنتجات المضافة من خلال عملية التفاعل الذي يستعمل المادة المضافة وقد يحدث هذا التخفيف لتركيز المواد المتفاعلة أو للمنتجات المزالة من خلال التفاعل ، وهو الذي يكون في الاتجاه الذي يغذي المادة التي قد أزيلت فحين يتغير تركيز المادة المتفاعلة أو المنتج فقد يحدث تغيير داخل تركيبة الخليط في التوازن الكيميائي.

التغيير في الضغط: قد يحدث التغيير في الضغط نتيجة للتغيير في الحجم ففي حالة أنه كان هناك تغيير في الضغط فمن الممكن أن يؤثر هذا على التفاعل الغازي وهذا لأن العدد الإجمالي للمواد المتفاعلة والمنتجات الغازية مختلف في الوقت الحالي وهذا بحسب مبدأ انزياح التوازن أو مبدأ لو شاتيليه ، في حالة التوازن الكيميائي غير المتجانس فمن الممكن أ نتجاهل تغيير الضغط في كل من السوائل والمواد الصلبة وهذا بسبب أن الحجم مستقل عن الضغط.

تأثير عامل محفز: المحفز لا يؤثر على التوازن الكيميائي فهي يعمل على تسريع التفاعل فقط وفي الواقع قد يعمل المحفز بالتساوي في تسريع التفاعل الأمامي ومن ثم رد الفعل العكسي وقدينتج عن هذا التفاعل الوصول إلى توازنه بصورة أسرع.

تأثير إضافة غاز خامل: حين يتم إضافة غاز خامل من أمثله كل من الأرجون إلى حجم ثابت فهو لن يشرك في التفاعل ، من هنا يظل التوازن ثابتًا ففي حالة كان الغاز المضاف عبارة عن مادة متفاعلة أو منتج متضمن في التفاعل ، فسيكون حاصل التفاعل متغير.[3]

خصائص التوازن الديناميكي

• من الممكن تحقيق التوازن في حالة حدوث التفاعل القابل للانعكاس داخل وعاء مغلق.
• خلال التوازن فقد يوجد كل من المواد المتفاعلة والمادة المنتجة.
• تكون كل من ردود الفعل الأمامية والخلفية متحركة في الاتجاه المعاكس في صورة معدلات متساوية.
• من الجائز الاقتراب من حالة التوازن من أي اتجاه.
• تركيز المواد المتفاعلة والمنتجات ، إلى جانب درجة حرارتها وضغطها ولونها يبقى بلا تغيير.
• من الممكن للمحفز أن يسرع من النهج ولكنه لا يؤثر على موضع التوازن.
• بحسب مبدأ انزياح التوازن أو مبدأ لو شاتيليه ، فيعتبر التغيير في الخصائص التي من الممكن ملاحظته للنظام ، هو كل من درجة الحرارة أو الضغط أو التركيز ، يمكن أن يغير نقطة التوازن إلى الجانب الأيمن أو للجانب الأيسر كما هو مطلوب.[4]

الفرق بين التوازن الثابت مقابل التوازن الديناميكي

الاختلافات الأساسية التي ما بين كل من التوازن الثابت والديناميكي هي كما يلي: [5]