الإتزان الديناميكي

الإتزان الديناميكي :

يمكن تقسيم التفاعلات إلى :

أ. تفاعلات غير منعكسة : وهي تفاعلات تتحول فيها كل المواد المتفاعلة إلى مواد ناتجة أي أن  التفاعل يسير باتجاه واحد

نحوا ليمين (يمثل التفاعل بسهم واحد) مثل تفاعل احتراق سكر الغلوكوز مع كمية كافية من الأكسجين :

 C₆H₁₂O₆ + 6O_{2 (g)}  6H₂O _(g) + 6CO_{2 (g)}                                             

ب- تفاعلات منعكسة : معظم التفاعلات الكيميائية منعكسة أي أن المواد المتفاعلة تتفاعل لتكون مواد ناتجة والمواد الناتجة تتفاعل لتكون مواد متفاعلة ، والتفاعل الأمامي يكون في البداية هو الأسرع إلا أنه مع استمرار التفاعل يزداد تركيز المواد الناتجة فتزداد سرعة التفاعل العكسي ، ويستمر التفاعلان بالحدوث حتى تصبح سرعة التفاعل الأمامي تساوي سرعة

التفاعل العكسي ، عندها يصل التفاعل إلى حالة الاتزان ، ويمثل التفاعل المنعكس بسهمين متعاكسين                         

( أي أن التفاعل يسير باتجاهين أمامي وعكسي ) ، كذلك يتم التفاعل في نظام مغلق .

كيف يحدث الاتزان ؟

في التفاعل المتزن الآتي :                              H₂O _(g)    +   CO _(g)                 H_{2 (g)} +CO_{2 (g)}  

عند وضع بخار الماء الساخن مع غاز CO في وعاء مغلق تبدأ جزيئات الغازين بالتصادم فينتج غازيِ  H₂،  CO₂كما

في المعادلة:  H₂O _(g) + CO _(g)                       H_{2 (g)} +CO_{2 (g)}                                                                              

وعند تكوُن كمية كافية من المواد الناتجة ، يتفاعلان معاً نتيجة لتصادمهما لإنتاج  H₂O , CO كما في المعادلة :                                                                                     H_{2 (g)}  + CO_{2 (g)}                   H₂O _(g) + CO _(g)                           أي أن هناك تفاعلين في وعاء واحد, تفاعل أمامي وتفاعل عكسي،ولكل تفاعل سرعه معينه كما الشكل الآتي :

               H₂O _(g) + CO_(g)                H_{2 (g)} + CO_{2 (g)}                     

يلاحظ من الشكل أن سرعة التفاعل الأمامي تتناقص مع الزمن, بسبب نقصان تراكيز المتفاعلات , بالمقابل تزداد سرعة التفاعل العكسي لازدياد تراكيز النواتج , وعندما تتساوى السرعتان يصل التفاعل لحالة الاتزان .

سؤال : هل يتغير تركيز المواد الموجودة في التفاعل عند الوصول لحالة الاتزان ؟

عند الاتزان تثبت تراكيز كل من المواد المتفاعلة والناتجة بسبب تساوي سرعتي التفاعل الأمامي والتفاعل العكسي كما

   يتضح في الشكل الآتي للتفاعل السابق  :  

                                          

 سؤال :  هل يتوقف التفاعل عند الاتزان ؟

 لايتوقف التفاعل عند الاتزان بل يوصف بأنه تفاعل ديناميكي ( دينامي) أي أن هناك حالة حركة بين المواد المتفاعلة والمواد الناتجة وأن ثبوت التراكيز عند الاتزان لايعني توقف للتفاعل .

ومن التجارب التي تثبت ديناميكية التفاعل في وضع الاتزان تحلل كربونات الكالسيوم CaCO₃   بالحرارة في وعاء مغلق  CaCO_{3 (s)}                  CaO _(s)  +  CO_{2 ( g)}                                                                       

 وجد عملياً عند إضافة CaCO₃ ( تحتوي كربون مشع )  إلى خليط التفاعل في حالة  الاتزان ، وجد بعد فتره من الزمن وجود كربون مشع  في بعض جزيئات CO₂ مما يعني أن كربونات الكالسيوم تتحلل باستمرار, كذلك عند إضافة غاز  CO₂ يحتوي على ذرات كربون مشع إلى خليط التفاعل في حالة الاتزان ، وجد بعد فترة أن كربونات الكالسيوم تحتوي على كربون مشع أيضاً مما يدل على استمرار التفاعل في الاتجاه العكسي ، وهذا يدل على أن حالة الاتزان هي أتزان ديناميكي لا يتوقف عندها التفاعل .

سؤال :   فسر سبب ثبات شدة  اللون البني عند وصول التفاعل الآتي إلى وضع الاتزان :  

N₂O_{4 (g)}                  2NO_{2 (g)}

                                                    بني اللون                    عديم اللون

ثبات شدة  اللون البني عند وصول التفاعل إلى وضع الاتزان دلالة على ثبوت التراكيز للمواد الموجودة في التفاعل .

أثر العوامل المساعدة في حالة الاتزان  :

    إن حالة الاتزان لا تتأثر بوجود العامل المساعد وإنما تزداد سرعة وصول التفاعل لحالة الاتزان.

مثال   :أدرس الشكل التالي الذي يمثل التفاعل    A + B               C                ثم أجب عن الأسئلة التي تليه :

  أ. ماذا تمثل كل من الأرقام 1، 2، 3، 4 ، 5 ؟

  1: سرعة التفاعل الأمامي بوجود عامل مساعد     2: سرعة التفاعل العكسي بوجود عامل مساعد      3: حالة اتزان    

    4: سرعة التفاعل الأمامي بدون عامل مساعد       5: سرعة التفاعل العكسي بدون عامل مساعد   

 ب. أيهما أسرع عند بدء التفاعل ، التفاعل الأمامي أم التفاعل العكسي ؟  

     التفاعل الأمامي أسرع .

  ج. ما أثر إضافة العامل المساعد على وضع الاتزان ؟

    لا يتأثر وضع الاتزان بوجود العامل المساعد وإنما تزداد سرعة وصول التفاعل لحالة الاتزان .

 د.ماذا يحدث لسرعة التفاعل الأمامي بعد وصول التفاعل لوضع الاتزان ؟

     تثبت  سرعة التفاعل الأمامي.

 هـ. ما العلاقة بين سرعتي التفاعل الأمامي و التفاعل العكسي عند وصول التفاعل لوضع الاتزان ؟   

         متساوية .

و. أيهما يمكن أن تكون قيمتها تساوي صفراً (سرعة التفاعل الأمامي أم العكسي ) ؟ فسر إجابتك .

    سرعة التفاعل العكسي لأن تراكيز المواد الناتجة عند بداية التفاعل تساوي صفراً .

سؤال :   ما أثر إضافة العامل المساعد على التفاعل المتزن الآتي ؟

2N_{2 (g)}    + 5O_{2 ( g)}                2N₂O_{5 (g)}   +

حالة الاتزان لا تتأثر بل تزداد سرعة الوصول لحالة الاتزان بسبب زيادة كل من سرعتي التفاعل الأمامي  والعكسي عند إضافة العامل المساعد .

المحول المحفز لتنقية الغازات المنبعثة من عوادم السيارات :

يعمل المحول المحفزعلى تنقية الغازات المنبعثة من عوادم السيارات للحد من تلويث الهواء بالغازات السامة مثل (NO, CO) ، حيث يتم تركيب أسطوانة فولاذية على أنبوب عادم السيارة يسمى المحول المحفز ، تحتوي الأسطوانة على قالب

من السيراميك مثقب ، وجميع الثقوب مغلفة بطبقة رقيقة من أحد الفلزات مثل  (Pt :بلاتينيوم  Pd: بلاديوم  Ir: روديوم ) حيث تعمل هذه  الفلزات كعوامل مساعدة في تحويل غازي  ) CO, NOالسامة) إلى غازيِ CO₂ , N ₂  (غير السامة )

كما في المعادلة الآتية :

2CO _(g) + 2NO _(g)  2CO_{2 (g)} + N_{2 ( g)}