اهم مميزات الاتزان المتجانس
خواص التوازن المتجانس
هناك نوعان من التوازن الكيميائي:
الاتزان المتجانس
و
الاتزان الغير متجانس
وهما نتيجة تفاعلات كيميائية مختلفة .
في هذا النوع ، تكون المواد التى تتكون نتيجة التفاعل بالاضافة الى نواتج التوازن الكيميائي بنفس المرحلة وهنا يتم تقسيم التوازن المتجانس إلى نوعين:
- التفاعلات التى تظهر فيها الجزيئات و النتائج مساويًا لعدد جزيئات من المواد المتفاعلة.
وهنا يأتي المثال:
H2 (g) + I2 (g) ⇌ 2HI (g)
(N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2NO (g
- التفاعل الذي يحدث فيه اختلاف في عدد جزيئات الانتاج في العدد الاجمالي مع جزيئات التفاعل على سبيل المثال:
2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2SO3 (g)
COCl2 (g) ⇌ CO (g) +( Cl) 2 g
التوازن الكيميائي على غير التجانس
في هذا النوع ، من
انواع
الاتزان الكيميائي
توجد المواد المتفاعلة ونواتج التوازن الكيميائي في مراحل مختلفة:
بعض الأمثلة على التوازن غير المتجانس :
CO2 (g) + C (s) ⇌ 2CO (g)
(CaCO3 (s) ⇌ CaO (s) + CO2 (g
مبدأ Le-Chatelier وعلاقته بالتوازن المتجانس
- عندما تتغير العوامل تتغير ظروف التوازن المتجانس ومن هنا يقوم النظام بمقاومة لتقليل تأثير التحول الكلي ،وينطبق هذا المبدأ على كل من التوازن الكيميائي او التوازن الفيزيائي .
- كما ان هناك العديد من التأثيرات كدرجة الحرارة او الضغط او تركيز النظم وخاصة التي تؤثر على التوازن ونناقش ادناه بعض العوامل التي تؤثر على ذلك التوازن الكيميائي
سمات التجانس الكيميائي
متغيرات التركيز
يتم تخفيف بعض تركيز من المواد المتفاعلة أو المنتجات التي اضيفت بواسطة التفاعل الذي قام باستهلاك المادة المضافة.
يتم تخفيف بعض تركيز المواد المتفاعلة أو تلك المنتجات التي تمت ازالتها عن طريق التفاعل الذي يكون في الاتجاه الذي يغذي المادة التي تم إزالتها.
يتغير تركيز المادة المتفاعلة أو المنتجة ، مما يحدث تغيير في تركيبة الخليط الذي نتج في التوازن الكيميائي.
متغيرات الضغط
- تغيير الضغط هو ما يحدث نتيجة تغير الحجم وعندما يحدث ذلك التغير في الضغط ، فإنه يؤثر على التفاعل غازياً حيث ان العدد اجماليا للمواد التي تتفاعل او المنتجات الغازية يحدث بها اختلاف شديد .
- وهذا وفقًا لمبدأ Le Chatelier ، في حالة التوازن الكيميائي غير المتجانس ، يمكن تجاهل تغيير الضغط في كل من السوائل والمواد الصلبة لأن الحجم يكون حجماً مستقلا عن الضغط.
درجة الحرارة المتغيرة
- تأثير درجة الحرارة يعتمد على التوازن من الناحية الكيميائية و على علامة التفاعل . ويتبع مبدأ Le-Chatelier.
- كما ان مع زيادة مستوى درجة الحرارة ،يحدث ان ينخفض ثابت التوازن من اجل التفاعل الطارد للحرارة.
- هناك تفاعل يطلق عليه تفاعل ماص للحرارة ،و يزداد ثباته في التوازن مع زيادة درجة الحرارة.
انواع الاتزان الكيميائي
هو حالة النظام عندما لا يتغيرفيه تركيزات المادة اونسبة تركيزات المنتجات وبمرور الوقت ايضا
كما انه لا يُظهر اى تغيرات اضافية في الخصائص.
التفاعل الامامي متوازن مع التفاعل العكسي
- تحقيق حالة من التوازن من الناحية الكيميائية عن طريق النظام .
- عندما لا يكون هناك اى تغير في معدل التركيز الاضافي مع المواد المتفاعلة او النواتج التي تنتج من المعدلات المتساوية للتفاعلات الانعكاسية (الامامية والعكسية )
التوازن الكيميائي والتوازن الديناميكي
- التوازن الكيميائي هو ذلك التوازن الديناميكي اى ” معدل التفاعل الامامي مساويا لمعدل التفاعل المختلف او العكسي وتلك هي مرحلة التوازن “
- عدد الجزيئات في مواد التفاعل تتحول الى منتجات او جزيئات منتجات من نفس المواد المتفاعلة .
- اجراء التوازن مع المواد المتفاعلة في اى مكان مع تماثل التبادل المستمر في الجزيئات وهنا يكون التوازن ديناميكيا.
الحرارة
إلى جانب ثبات التوازن ، ويتأثر معدل التفاعل أيضًا بالتغير في درجة الحرارة.
وفقًا لمبدأ Le Chatelier ، يتحول التوازن من الجانب المتفاعل عندما تزداد درجة الحرارة في حالة التفاعلات التي تطرد الحرارة ، بالنسبة للتفاعلات الماصة للحرارة ، يتحول التوازن نحو جانب المنتج مع زيادة درجة الحرارة.
تأثير بعض المحفزات
- لا يؤثر المحفز على التوازن الكيميائي. إنه يسرع فقط رد الفعل. في الواقع ، يعمل المحفز بالتساوي على تسريع التفاعل الأمامي وكذلك التفاعل العكسي، ينتج عن هذا التفاعل الوصول إلى توازنه بشكل أسرع.
- ستكون نفس الكمية من المواد المتفاعلة والمنتجات موجودة عند التوازن في تفاعل محفز أو غير محفز. إن وجود المحفز يسهل فقط التفاعل للمضي قدمًا من خلال حالة انتقال منخفضة الطاقة للمواد المتفاعلة إلى المنتجات.
اضافة غاز خامل ونتاج تأثيره
عندما يضاف غاز خامل مثل الأرجون إلى حجم ثابت ، فإنه لا يشارك في التفاعل وبالتالي يظل التوازن غير مضطرب. إذا كان الغاز المضاف عبارة عن مادة متفاعلة أو منتج متضمن في التفاعل ، فإن حاصل التفاعل سيتغير.
أمثلة على التوازن الكيميائي
- في التفاعلات الكيميائية ، يتم تحويل المواد المتفاعلة إلى منتجات عن طريق التفاعل الأمامي ويمكن تحويل المنتجات إلى مواد متفاعلة عن طريق التفاعل العكسي. تختلف الحالتان والمواد المتفاعلة والمنتجات في التركيب.
- بعد فترة من بدء التفاعل ، قد يصبح معدل التفاعلات الأمامية والخلفية متساوية. بعد ذلك ، سيتم تشكيل عدد المواد المتفاعلة المحولة مرة أخرى عن طريق التفاعل العكسي بحيث لا يتغير تركيز المواد المتفاعلة والمنتجات بعد الآن ومن ثم ، فإن المواد المتفاعلة والمنتجات في حالة توازن كيميائي.
N2O4 ⇌ 2NO2
PCl5 ⇌ PCl3 + PCl2
N2 + H2 ⇌ 2NH3
أهمية التوازن الكيميائي
يفيد في العديد من العمليات الصناعية مثل ،تحضير مستخلص الأمونيا وعملية هابر: في هذا المستخلص النيتروجين يقوم بالاتحاد مع الهيدروجين فيقوم بتكوين الامونيا ،ويتغير إنتاج الأمونيا مع درجات الحرارة المنخفضة والضغط العالي وفي وجود مادة الحديد الفعالة كمحفز.
اما حامض الكبريتيك فيتم تحضيره من خلال ظهور عملية تسمى التلامس: بهذه العملية ، يكون التفاعل الأساسي هو أكسدة من ثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيد الكبريت و هذا ينطوي عليه التوازن الكيميائي[1].
الاتزان المتجانس هو نوع من انواع الاتزان الكيميائي الذي يقوم على توازنات كيميائية في مختلف انواعها ، هذا التفاعل الكيميائي الذي يحدث بين المواد التي تخلط بعضها مع البعض وتنقسم تلك التفاعلات الى:
التفاعل المتزن
- اذا تم هذا التفاعل في اناء مفتوح ، سوف يسمح بهروب ثاني اكسيد الكربون مما ينتج عنه تحويل كربونات الكالسيوم الى اكسيد كالسيوم وفي هذه الحاله يحدث التفاعل كالآتي
Cao(s)+CO2 (G) = CACO2(S)
- اما التفاعل المغلق فان عاز ثاني اكسيد الكربون سيتفاعل مع اكسيد الكالسيوم خاصة مع ارتفاع الضغط مع ثاني اكسيد الكربون :
Ca co3(s) = Cao(s)+co2(g)
- مع العلم ان هذا النظام الكيميائي يشبه النظام الفيزيائي في الطور المكثف والبخار ، فالسائل والبخار يصل الى حالة الاتزان في الاناء المغلق وهنا يمكن تحديد درجة الحرارة وضغط ثاني اكسيد الكربون .
التفاعل الغير عكسي :Irreversible and Reversible Reactions
يحدث في اتجاه واحد وهو تفاعل يتم مع المواد الفعالة ومع ظروف معينة خاصة مع اختفاء مواد جديدة وهي المواد الناتجة
وفي بعض الحالات مع توفر الظروف تتفاعل المواد الاصلية حتى تنتج مواد من المواد الصلبة .
امثلة التفاعلات الغير عكسية :
C(s)+o2(g)=co2(g)
Hc1(L)NA2+CO2(S)=Nac1(s)+H2O(L)+CO2(G)
الاحتراق الذي يحدث في جو من الاكسجين من الهيدروكربونات الى جانب تفاعل احتراق الهيدروكربونات والهيدروجين المركب من الكربون ومن اهم الامثلة تفاعل الميثان واحتراق الغاز .
CH4(G)+2O2(G)=CO2(G)=CO2(G)+2H2O(G)
هنا حدث تفاعل ميثان ولكنه ليس تفاعل كلي كما تفاعل الهيدروجين مع الفلور او الكلور وهو تفاعل عنيف
تفاعل الهيدروجين مع فلو رf2 او كلور cl2:
اما عند استخدام تركيز متساوي من الهيدروجين والهالوجين فانه يحدث استهلاك تام للمواد المتفاعلة مما يحدث تحول تام للمواد المتفاعلة الى مواد ناتجه من حدوث التفاعل.
H2(G)+F2(G)=2HF(G)
تفاعلات انعكاسية : Irreversible Reactions
تفاعل بيتم للمواد الناتجه عند ظروف تفاعل مع بعضها البعض عن طريق التحلل والتفاعل هنا يتم في اتجاهين امامي وخلفي لانه تفاعل انعكاسي[2].
2NH2(G) = N2(g)+3H2(g)
خاصية PDES
وهي نظرية غير خطية تشرح انواع مختلفة من الظواهر الفيزيائية ومع الوقت تم تطوير اجهزة PDE الغير خطية ،لانها توفر مزيد من المعلومات المادية ومزيد من التبصر للقضايا الفيزيائية والتي ظهر منها العديد من الطرق.
اما نظرية SOLUTION: ولها العديد من الطرق والقواعد والاحتمالات منها :-
- طريقة اضطراب التماثل.
- التكامل الأساسي الطريقة.
- طريقة التكرار المتغير.
- طريقة الدوال .
- طريقة هيروتا .
- طريقة التوازن المتجانس .
- طريقة التحويل التفاضلي [3] .