تعريف الاتزان الغير متجانس بالأمثلة
ما هو الاتزان الكيميائي
قد يدور حولنا العديد من حالات الإتزان الكيميائي ، و أقرب مثال لنا هو حدوث الإتزان الكيميائي الموجود في أجسادنا و الذي قد يحمل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم
، و بالفعل قد يشير التوازن الكيميائي إلى وجود حالة من النظام الذي لا يتغير فيه تركيز المادة المتفاعلة و تركيز المنتجات ، و قد يمضي بمرور الوقت و لا يُظهر النظام أي تغيير إضافي في الخصائص الموجودة .و على أثر ذلك فإن
أنواع الإتزان الكيميائي
قد تنقسم إلى
الإتزان المتجانس
و الإتزان الغير متجانس
تعريف الإتزان الغير متجانس
يعتبر الإتزان الغير متجانس هو إحدى أنواع الإتزان الكيميائي و على أثر ذلك فيمكننا تعريف الإتزان غير المتجانس على أنه نظام يحدث فيه المواد المتفاعلة و المواد الناتجة في مرحلتين أو أكثر. و قد تكون تلك المراحل عبارة عن مجموعة من الحالات المتغيرة للمادة و هي الصلبة أو السائلة أو الغازية ، أي في حالات المادة الثلاثة .
و في حقيقة الأمر عندما تحتوي حالة التوازن الغير متجانس على نظام ما في مجموعة من المكونات و في أكثر من مرحلة ، فقد يُطلق عليها أسم توازن غير متجانس.
و على سبيل المثال ، إذا أخذنا حاوية بها ثلج و ماء عند درجة حرارة معينة ، فمن الممكن أن تسمح بوجود كلتا المرحلتين في وقت واحد ، بحيث يكون كل من الجليد و الماء في حالة توازن غير متجانس. و بالفعل سوف تسمى هذه الحالة بالتوازن غير المتجانس.
فبالنسبة لتفاعلات الاتزان الكيميائي التي توجد بها المواد المتفاعلة و المواد الناتجة في مرحلتين مختلفتين من التفاعل في الإتزان الغير متجانس ،
و كمثال على ذلك، فإن تفكك كربونات الكالسيوم الصلبة لإعطاء أكسيد الكالسيوم الصلب و ثاني أكسيد الكربون الغازي ، تفاعلات الاتزان الكيميائي غير المتجانس في تركيزات المواد الصلبة النقية .
و ذلك لأن تركيزاتها سوف تظل ثابتة، و بالمثل، من الممكن أن يفترض أيضا أن تكون تركيزات المواد السائلة النقية ثابتة ، أي لا تظهر في تركيز المواد في تفاعلات الاتزان الكيميائي.
(CaCO3 (S) ⇌ CaO (s) + CO2 (g)
و تحتوي تفاعلات الاتزان الكيميائي غير المتجانس على تركيزات المواد الصلبة النقية، وذلك لأن تركيزاتها تظل ثابتة، و بالمثل، و بالمثل أيضا سوف تكون تركيزات المواد السائلة النقية ثابتة و لا تظهر في تركيز المواد في تفاعلات الاتزان الكيميائي.
ثوابت التوازن في الإتزان الغير المتجانس
و إذا قمنا بتسليط الضوء على منتجات الذوبان Ksp’s فسوف تكون مهمة للغاية في حالة وجود العديد من الأملاح في التوازن الغير متجانس ، و على ذلك الأساس فإنها من الممكن أن تتأين جميعها في المحلول الموجود .
و قد يسمى هذا الاتجاه بنشاط الإتزان الغير متجانس . و على ذلك الأساس فطالما يوجد مثل هذه المرحلة ، فيظل نشاطها ثابتًا. و مع ذلك ، فإن أنشطة المواد في الحالة الغازية سوف تتناسب مع ضغوطها الجزئية أو تركيزاتها.
و للحصول على الحل المناسب ، سوف تتناسب درجة أنشطتهم مع درجة تركيزاتهم. و بالتالي ، فإن ضغوطهم أو تركيزاتهم الجزئية هي مؤشرات على ميلهم للتغيير المستمر .
و في حقيقة الأمر فإنه عند التوازن المناسب ، فسوف تصل إتجاهات التغييرات هذه إلى نسب معينة ، بحيث تكون التغييرات الأمامية و العكسية متوازنة تماما .
و على غرار شروط التوازن للأنظمة المتجانسة ، فقط تميل الأنظمة غير المتجانسة أيضًا إلى الوصول إلى ظروف التوازن. فيمكن أيضًا تعيين ثوابت التوازن لوصف شروط التوازن للأنظمة غير المتجانسة.
أما إذا سلطنا الضوء على المحاليل المشبعة ، التي هي في الأساس عبارة عن توازنات غير متجانسة نموذجية. فسوف نختبر جميعًا أختبار وجود السكر الصلب في محلول السكر ، فإن وضع المزيد من السكر فيه لن يزيد من قابليته للذوبان. و لن يصبح محلول السكر أكثر حلاوة ، و على ذلك فبإمكاننا حقًا تذوق حلاوته بما يتناسب مع التركيز.
فالمحلول المشبع يحدث نتيجة التوازن بين المذاب و محلوله. بالنسبة لهذا النوع من التوازن ، فإن ثابت التوازن هو تركيز المحلول المشبع. كما في معادلة التالية
C12H22O11 (k) ⇌ C12H22O1
امثلة على وجود الإتزان الغير متجانس
بإمكانك عزيزي القارئ النظر في محلول مائي يتكون من مادة صلبة مثل مادة هيدروكسيد الكالسيوم . و بالفعل سوف نلاحظ أن هيدروكسيد الكالسيوم الصلب في حالة توازن مع محلوله المشبع.
و من هنا يمكننا القول أن كتابة ثابت التوازن الموجود للتفاعلات غير المتجانسة قد يختلف عن تلك الخاصية بالتفاعلات المتجانسة. فعلى سبيل المثال ،
حاول عزيزي القارئ أن تضع في اعتبارك مفهوم التفكك الحراري لكربونات الكالسيوم إلى أكسيد الكالسيوم و ثاني أكسيد الكربون. هنا ، فيمكننا أن نرى أن ثابت التوازن لتفكك المادة المتفاعلة في نواتجها سوف يعتمد فقط على المكون الغازي ، حيث تعتبر المواد الصلبة و السائلة ثابتة تماما
و نجد هنا أن مكونات CaCO3 و CaO هي مواد صلبة ، لذلك يظل تركيزها في المولات ثابتًا طوال عملية التفاعل. لذلك ، يمكن كتابة ثابت التوازن كـالتالي
أيضًا ، من حيث Kp ، يمكننا الكتابة
حيث يشير p إلى الضغط الجزئي. أو بمعنى آخر ، يمكننا القول أنه عند درجة حرارة معينة ، يوجد تركيز ثابت أو ضغط جزئي لـ CO2 في تفاعل التوازن مع CaO و CaCO3 .
مثال آخر :
من الممكن عزيزي القارئ أن تتفكك كربونات الكالسيوم الصلبة لإعطاء أكسيد الكالسيوم الصلب و ثاني أكسيد الكربون الغازي:
كربونات الكالسيوم كناتج لها كما في المثال التالي
CaCO3 (S) ⇌ CaO (s) + CO2 (g)
و لا يحتوي تعبير التوازن لتفاعلات التوازن غير المتجانسة تركيزات المواد الصلبة النقية لأن تركيزاتها تظل ثابتة إلى حدا كبير .
ما هي خواص الاتزان الكيميائي وأنواعه
تعتبر خواصّ الاتزان الكيميائي هي وصف لحالة الاتزان الكيميائي ، و تعبر عن كيفية حدوثه و تحدد وقته و زمانه ، و لا تنفرد الخواص التالية بنوع معين من أنواع الإتزان الكيميائي و لكن تخص جميع الأنواع ، و من أهم خواص الإتزان الكيميائي ما يلي :
- يذكر أنه عند حدوث التوازن ، سوف تكون جميع معدلات التفاعلات الأمامية و العكسية متساوية.
- تعتبر جميع المواد المتفاعلة و المنتجات موجودة في حالة توازن دائم .
- قد تصل تركيزات المواد المتفاعلة و الناتجة إلى حدوث قيم ثابتة و قد تسمى بالفعل هذه تركيزات التوازن .
- قد لا يؤثر المحفز على موضع التوازن.
- ثبات الوسط الخارجي لحدوث التفاعل الكيميائي .
- أن يكون معدّل حدوث التفاعل في الاتجاهين نفسه. أي عند نقطة التوازن يجب ثبات كل من الخصائص مثل: اللون و التركيز، فلا يحدث أي تغيير بعدها .
- سهولة التحكم في نقطة التوازن و ذلك من خلال التحكم في درجات الحرارة .
- قد لا تتدخل المواد المحفزة على نقطة التوازن في التفاعل الكيميائي .