الفصل السادس: الا تزان الكيمياي ي. Chemical Equilibrium

Transcript

1 74 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي الاتزان الكيمياي ي Chemial Equilibrium

2 75 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي الفصل السادس الا تزان الكيمياي ي CHEMICAL EQUILIBRIUM عندما يحدث تفاعل كيميائي تلقائيا تتغير تركيزات المواد المتفاعلة والمواد الناتجة بينما ت نقص الطاق ة الحرة للنظام. وفي النھاية تصل الطاقة الحرة الى حد أدنى ويصل النظام الى حال ة ات زان. وإذا تتبعن ا التراكيز أثناء حدوث ذلك فإننا نالحظ أنھا تصل الى قيم ثابتة كما تالحظ من الشكل (١). aa + bb شكل (١) : الوصول الى اإلتزان للتفاعل C + dd ونج د أن مع دل الس رعة الت ي تتك ون بھ ا الن واتج م ن الم واد المتفاعل ة يقت رب م ن مع دل الس رعة الت ي تتكون بھا المواد المتفاعلة من الن واتج. وعن د الوص ول ف ي النھاي ة ال ى حال ة اإلت زان يح دث ك ل م ن التف اعلين األم امي والم نعكس ب نفس مع دالت الس رعة وال تتغي ر التركي زات بع د ذل ك. أي أن اإلت زان يكون ديناميكيا بمعنى استمرارية التفاعلين األمامي والعكسي دون تغير ملحوظ ف ي التراكي ز. إن جمي ع األنظمة الكيميائية تميل نحو اإلتزان. الا تزان الساكن والا تزان الديناميكي س) متى يقال عن نظام بأنه في حالة توازن ج) يقال عن نظام بأنه في حالة توازن عندما ال تالحظ عليه أي تغيرات مع مرور الزمن. س) ما أنواع اإلتزان وما الفرق بينھا اإلتزان نوعان : (١ اإلتزان الساكن Stati Equilibrium ويمتاز بعدم حدوث تغيرات سواء على المستوى العيني level) (marosoi أو على المستوى الجزيئي level).(mirosoi (٢ اإلتزان الديناميكي Dynami Equilibrium ويمتاز بعدم حدوث تغيرات على المستوى العيني للنظام المتوازن ديناميكيا ولكن يمتاز بحدوث تغيرات نشطة على المستوى الجزيئي.

3 76 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال توضيحي للتوازن الديناميكي في حالة نظام يتكون من ماء سائل عند ظروف معينة في إناء مغلق كما في الشكل (٢) : شكل (٢) : حالة توازن ديناميكي لنظام يتكون من الماء السائل وبخار الماء يتساوى فيه معدال التبخر والتكثف. يمكن مالحظة أن عدد جزيئات الماء في الحالة الغازية وفي الحالة السائلة ثابت ال يتغير بمرور الزمن وھذا يعني عدم حدوث تغيرات عينية على النظام. إال أنه يالحظ استمرارية حدوث تغير جزيئي في النظام ھو عبارة عن استمرارية ترك جزيئات الماء للحالة السائلة الى الحالة الغازية (تبخر) وتركھا للحالة الغازية الى الحالة السائلة (تكثف) وذلك بمعدلين متساويين مما يحافظ على عدم حدوث التغير العيني ولذلك فإن ھذا النظام وما شابھه يمثل حالة توازن ديناميكي. ملحوظة اإلتزانات الكيميائية ھي توازنات ديناميكية. التفاعلات الكيمياي ية وا نواعها يھتم الكيميائيون بدراسة العديد من التفاعالت الكيميائية التي تخدم كثيرا من مجاالت التطبيق وبخاصة الصناعية ويحدث التفاعل الكيميائي بين المواد التي تخلط مع بعضھا (المواد المتفاعلة) وعند توافر ظروف معينة تختفي ھذه المواد وتتكون مواد جديدة تسمى بالمواد الناتجة. وتقسم التفاعالت الكيميائية حسب اتجاه التفاعل الى قسمين وھما : أ) تفاعالت غير انعكاسية (غير عكسية) (ذات اتجاه واحد ( ب) تفاعالت انعكاسية (عكسية) (ذات اتجاھين ).

4 77 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي التفاعلات غير العكسية والتفاعلات العكسية Irreversible and Reversible Reations ا ) التفاعلات غير العكسية Irreversible Reations التفاعل غير العكسي ھو تفاعل يحدث في اتجاه واحد فقط وھو اتجاه المواد الناتجة حيث تتفاعل فيه المواد المتفاعلة كليا عند ظروف معينة حيث تختفي ھذه المواد وتتكون مواد جديدة تسمى بالمواد الناتجة حيث ال يكون لھذه المواد الناتجة وعند ظروف التفاعل القدرة على أن تتفاعل مع بعضھا (أو تتحلل) لتكون المواد األصلية (المواد المتفاعلة). ويرمز لھذه التفاعالت بسھم ذي اتجاه واحد يشير رأسه الى المواد الناتجة. ( ) ا مثلة للتفاعلات غير العكسية 1...C(s) + O (g) CO (g)...hcl(l) + Na CO (s)...agno (aq) + NaCl(aq) 4...NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(s) + H O(L) + CO (g) AgCl(s) + NaNO (aq) NaCl(aq) + H O(L) ومن األمثلة األخرى للتفاعالت غير العكسية : احتراق الھيدروكربونات في جو من األكسجين تفاع ل احت راق الھي دروكربونات (المركب ات المكون ة فق ط م ن كرب ون وھي دروجين) ف ي ج و م ن األكسجين ھو من أمثلة التفاعالت غير العكسية ومثاله تفاعل احتراق غاز الميثان: CH (g) + O (g) CO (g) + H O(g) 4 وفي ھذه الحالة سوف يتفاعل الميثان CH 4 كليا وفي نفس الوقت ال يحدث تفاع ل ب ين CO و إلنتاج المواد المتفاعلة. تفاعل الھيدروجين مع الفلور ) (F أو الكلور ) :(Cl H O يمتاز تفاعل الھيدروجين مع الفلور أو الكلور بأنه عنيف وشديد وفي حالة استخدام تراكيز متساوية من الھيدروجين والھالوجين ) F), Cl (مثال وضع مول واحد من غاز الھيدروجين ومول من غاز الفلور في إناء التفاعل) فإنه يحدث استھالك تام للمواد المتفاعلة أي حدوث تحول تام للمواد المتفاعلة الى مواد ناتجة بعد مرور الوقت الكافي لحدوث التفاعل : H (g) + F (g) HF(g) سوف نالحظ أن مول من غاز الھيدروجين سوف يتفاعل كليا مع مول من غاز الفلور وينتج عن التفاعل موالن من غاز فلوريد الھيدروجين.(HF) ونفس الشيء يقال عند تفاعل الھيدروجين مع الكلور : H (g) + Cl (g) HCl(g)

5 78 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي والذي يحدث خلال هذا النوع من التفاعلات غير العكسية : ١) في البداية (قبل حدوث التفاعل) كان لدينا في إناء التفاعل المواد المتفاعلة فقط. ٢) مع مرور الزمن اختفت المواد المتفاعلة ولم يتبق في إناء التفاعل سوى المواد الناتجة. وھذا يعني أن التفاعل حدث في اتجاه واحد فقط (نحو اليمين) ولھذا يسمى ھذا التفاعل بالتفاعل غير العكسي. ملحوظة : التفاعل غير العكسي يمتاز بحدوث استھالك تام لكامل تراكيز المواد المتفاعلة وتحويلھا الى نواتج إذا خلطت بتراكيز مناسبة. لكن يجب التنبيه الى أن معظم التفاعالت الكيميائية التي تصنف على أنھا غير عكسية ال يحدث فيھا ذلك بصورة تامة حتى لو كان ثابت التفكك لھا عال وما صنفت الى أنھا غير عكسية إال بسبب تفاعل معظم المواد المتفاعلة وال يتبقى منھا (أي من المواد المتفاعلة) إال كمية قليلة (ضئيلة جدا ) يصعب تقديرھا مقارنة بالتراكيز المستھلكة منھا الى حد يمكن عنده إھمال ھذه التراكيز واعتبار التفاعل تام الحدوث أي أن التفاعل غير عكسي ويمثل بسھم واحد. ( ) ب) التفاعلات العكسية Reversible Reations التفاعالت العكسية وھي تلك التفاعالت التي ت تم حي ث يك ون للم واد الناتج ة عن د ظ روف التفاع ل نفس ھا المق درة عل ى أن تتفاع ل م ع بعض ھا (أو تتحل ل) لتك ون الم واد األص لية (المتفاعل ة) م رة أخرى أي أن التفاعل يسير في اتجاھين (أمامي وخلفي). ويرمز لھذه التف اعالت بس ھمين لھم ا رأس ان متضادان. ومن أمثلة ھذا النوع من التفاعالت اإلنعكاسية (العكسية) : 1...N (g) + H (g) NH (g)...caco (s) CaO(s) + CO (g)...fe O (s) + 4H (g) Fe(s) + 4H O CO(g) + NO (g) CO (g) + NO(g) 5...CO(g) + H (g) CH (g) + H O( g) H (g) + I (g) HI(g) 7...H (g) + Br (g) HBr(g) 8... NO(g) 4 NO(g) 9...SO (g) + O (g) SO (g) 10...Cl Cl + Cl (g) H O(L) H (g) + O (g) 1...CH COOH(L) + C H OH(L) 5 CH COOC H (L) + H O(L) 5 ( )

6 79 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي فإذا أخذنا على سبيل الشرح بعض ھذه التفاعالت : ١) طريقة هابر (Haber) لتصنيع غاز النشادر NH (الا مونيا) : N (g) + H (g) NH (g) وھذا التفاعل العكسي مھم جدا من الناحية الصناعية حيث يستفاد من غاز األمونيا لتحويله الى حمض النيتريك ) (HNO ومن ثم نترات األمونيوم ) (NH 4 NO المستخدمة في تصنيع المفرقعات الخطيرة وكذلك مخصبات األرض للزراعة. يتفاعل غاز النيتروجين ) N) مع غاز الھيدروجين ) H) عند ظروف مناسبة لتك وين غ از النش ادر ).(NH ويسمى ھذا اإلتجاه بالتفاعل األمامي Reation) (Forward طبقا للمعادلة التالية : N (g) + H (g) NH (g) ولك ن وعن د ظ روف التفاع ل نفس ھا نج د أن النش ادر المتكون ة ل ديھا الق درة عل ى التفك ك لتعط ي غازي النيتروجين والھيدروجين (المواد المتفاعلة) مرة أخرى طبقا للمعادلة : NH (g) H (g) + N (g) ويسمى ھذا اإلتجاه بالتفاع ل الخلف ي Reation) (Bakward ويق ال حينئ ذ : أن ھ ذا التفاع ل تفاع ل انعكاسي أو تفاعل عكسي Reation).(Reversible ويمكن كتابة المعادلة الكلية للتفاعل بين غازي النيتروجين والھيدروجين على الصورة التالية : N (g) + H (g) NH (g) والس ھم الم زدوج ( ) األمامي أو اإلتجاه الخلفي. ي دل عل ى أن ه يمك ن ق راءة المعادل ة الس ابقة ف ي أي م ن اإلتج اھين : اإلتج اه Fig. : A simlified reresentation of the Haber roess for synthesizing ammonia

7 ﺍﳍﺰﺍﺯﻱ ﻋﻤﺮ ﺑﻦ ﻋﺒﺪ ﺍ / ﺇﻋﺪﺍﺩ ﺩ 740 ﺍﻹﺗﺰﺍﻥ ﺍﻟﻜﻴﻤﻴﺎﺋﻲ : ﺍﻟﻔﺼﻞ ﺍﻟﺴﺎﺩﺱ Fig. 4 : Reresentation of the Haber roess for the industrial rodution of ammonia. A mixture of gaseous N and H at atm ressure is assed over a atalyst at C, and NH (g). The NH in the gaseous ammonia is rodued by the reation N (g) + H (g) mixture of reatants and roduts is liquefied, and the unreated N and H are reyled. Fig. 5 : A simlified reresentation of the haber roess synthesizing ammonia.

8 741 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي وعند اإلتزان سيحتوي وسط التفاعل على كميات ثابتة من المواد المتفاعلة ) N), H والمواد الناتجة.(NH ) Fig. 6 : In the synthesis of ammonia, the molar onentrations of N, H, and NH hange with time until there is no further net hange and the onentrations settle into values orresonding to a mixture in whih all three substanes are resent. شكل (٧) : يوضح حدوث ثبات تراكيز جميع مواد تفاعل تكوين النشادر العكسي عند قيم معينة سواء كانت المواد اإلبتدائي ة ھ ي ) H),( N) كما في يسار الشكل أو ) (NH كما في يمين الشكل.

9 74 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ويمكن توضيح ما حدث في التفاعل السابق على النحو التالي: ١) عند خلط غازي النيت روجين والھي دروجين عن د ظ روف قياس ية بھ دف تفاعلھم ا وتك وين غ از النشادر حيث تكون تركيزات كل من النيتروجين والھيدروجين ف ي البداي ة تك ون أكب ر م ا يمك ن فإن سرعة تفاعلھما تكون أكبر ما يمكن (سرعة التفاعل األمامي) ٢) م ع م رور الوق ت تتن اقص تركي زات ك ل م ن النيت روجين والھي دروجين وتتن اقص أيض ا س رعة تفاعلھما وفي الوقت نفسه تتكون النشادر ويزداد تركيزھا. ٣) عن د ظ روف التفاع ل نفس ھا تتفك ك النش ادر (الناتج ة) لتك ون النيت روجين والھي دروجين (الم واد المتفاعلة) ويسمى ھ ذا بالتفاع ل الخلف ي ونتيج ة زي ادة تك ون النش ادر ي زداد تركيزھ ا وبالت الي ت زداد سرعة التفاعل الخلفي. ٤) وھك ذا ف إن س رعة التفاع ل األم امي (اتج اه تك وين النش ادر) تتن اقص بينم ا ت زداد س رعة التفاع ل الخلفي (اتجاه تفكك النشادر المتكونة) وھكذا حتى تصل الى لحظة معينة تتساوى عندھا سرعتا التفاعل األم امي والخلف ي وتس مى ھ ذه الحال ة م ن التفاع ل "حال ة اإلت زان الكيمي ائي" وھ ي حال ة ديناميكي ة (نشطة) وليست أس تاتيكية (س اكنة) وعن دھا يس ير التفاع ل ف ي اإلتج اھين (األم امي والخلف ي) بالمق درة والسرعة نفسھا (أي أن معدل التكوين يساوي معدل التفكك). N (g) + H (g) NH شكل (٨) : منحنى معدل سرعة المتفاعالت والنواتج (g) والمنطق ة م ا بع د الخ ط المتقط ع بالش كل (٨) تمث ل منطق ة اإلت زان الكيمي ائي حي ث يك ون فيھ ا تركي ز المتفاعالت والنواتج ثابتة مع الزمن. وفي الشكل (٨) يتبين أن سرعة المتفاعالت يقل تدريجيا مع الزمن حتى يتوق ف تمام ا وعن دھا يص بح تركيز الناتج األمونيا عاليا فيبدأ معدل تفكيكھا يزداد وھكذا يستمر التفاعالن معا في وقت واحد أح دھما في الزيادة واآلخر في التناقص حتى يتساوى مع دل س رعة التفاع ل األم امي م ع مع دل س رعة التفاع ل االنعكاسي ويتبين ذلك عند بداية الخط المتقطع وھي نقطة اإلتزان الكيميائي.

10 74 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي CaCO (s) Δ CaO(s) + CO (g) ٢) التفاعل المتزن : إذا أجري ھذا التفاعل في إناء مفتوح يسمح بھروب ثاني أكسيد الكربون ينتج عنه تحويل كل كربون ات الكالسيوم CaCO الى أكسيد الكالسيوم.CaO وفي ھذه الحالة يكتب التفاعل على الصورة التالية : Δ CaCO (s) CaO(s) + CO (g) أم ا إذا ك ان إن اء التفاع ل مغلق ا ف إن غ از ث اني أكس يد الكرب ون ) (CO المتك ون يتفاع ل م ع أكس يد الكالسيوم (CaO) ليتحول الى ) (CaCO إذا كان ضغط ثاني أكسيد الكربون عاليا بما فيه الكفاية. CaO(s) + CO (g) CaCO (s) وبالتالي فالتفاعلين السابقين (في حالة اإلناء المغلق) عمليتين متعاكستين يمكن دمجھما في تفاع ل واح د بسھمين متعاكسين : Δ CaCO (s) CaO(s) + CO (g) وھذا النظام الكيميائي يشبه النظام الفيزيائي الذي يتكون من الطور المكثف وبخ اره (ش كل ٢). ومثلم ا يصل السائل وبخاره لحالة اإلتزان في اإلناء المغلق فھنالك قيم محددة من درجة الحرارة وضغط ثاني أكسيد الكربون تبقى عندھا كربونات الكالسيوم وأكسيد الكالسيوم وثاني أكسيد الكربون ال ى األب د. ف إذا سخنت كربونات الكالسيوم النقية في إناء مغلق فإنھا تبدأ في التحلل كما في التفاعل : Δ CaCO (s) CaO(s) + CO (g) وبتراكم ثاني أكسيد الكربون مع مرور الزمن يتزايد ضغطه األمر الذي يقود حاالت لبدء التفاعل: CaO(s) + CO (g) CaCO (s) بمعدل يمكن مالحظته بتزاي د ھ ذا المع دل م ع زي ادة ض غط ث اني أكس يد الكرب ون وف ي نھاي ة المط اف يصبح معدل تفاعل التحلل مساويا لمعدل التفاعل العكسي له األم ر ال ذي يق ود ألن يص بح ض غط ث اني أكسيد الكربون ثابتا وبالتالي فإن النظام يكون قد وصل لإلتزان. Fe O (s) + 4H (g) (٣ التفاعل المتزن : O(g) Fe(s) + 4H 4 إذا م رر غ از الھي دروجين ) H) عل ى أكس يد الحدي د المغناطيس ي األخير الماء O) (H : ( FeO4) ( FeO4) لدرج ة االحم رار ف إن يختزل الى الحديد (Fe) أما الھي دروجين فيتح د م ع األكس جين ) O) مكون ا بخ ار Fe O (s) + 4H (g) Fe(s) + 4H O(g) 4 ومن ناحية أخرى فإنه عند نفس درجة الحرارة يتفاعل بخار الماء مع مس حوق الحدي د معطي ا أكس يد الحديد المغناطيسي والھيدروجين وھذا التفاعل يمكن توضيحه بنفس المعادل ة الس ابقة إذا جعلن ا الم واد التي على اليمين الى اليسار : Fe(s) + 4H O Fe O (s) + 4H (g) 4 ولتوضيح أن ھذا التفاعل عكسي يستبدل في معادلة التفاعل عالمة السھم بسھمين متضادين : FeO 4(s) + 4H (g) Fe(s) + 4HO(g) وتمتاز التفاعالت العكسية بأنھا ال تسير الى النھاية إذا لم تزح المواد الناتجة م ن وس ط التفاع ل وحت ى إذا أخذت المواد الداخلة في التفاعل بكميات متكافئة فإنھا ال تمتص أبدا كلية لتكوين نواتج التفاعل.

11 744 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي CO(g) + NO (g) CO (g) + NO(g) ٤) التفاعل المتزن : عند وضع كمية من ثاني أكسيد النيتروجين NO ذو اللون البني المحمر مع أول أكسيد الكربون CO سوف نالحظ أن لون NO يزول تدريجيا ويتوقف تغير اللون عند حد معين وھذا يدل على حدوث نقص في تركيز المواد المتفاعلة: CO(g) + NO (g) CO (g) + NO(g) بني محمر وعند وضع كمية من ثاني أكسيد الكربون CO مع كمية من أكسيد النيتروجين (NO) سوف نالحظ ظھور اللون البني المحمر تدريجيا (لون (NO ويتوقف عند حد معين وھذا يدل على زيادة في تركيز المواد الناتجة : NO(g) + CO (g) NO (g) + CO(g) بني محمر ونالحظ أن التفاعل األول عكس التفاعل الثاني. ويستنتج من ذلك أن كال التفاعلين السابقين يمكن حدوثھما كما يلي : CO(g) + NO (g) CO (g) + NO(g) شكل (٩) CO(g) + H (g) CH (g) + H O(g) 4 ٥) التفاعل المتزن : غاز الميثان ) 4 (CH ذو أھمية كبيرة في المجال الصناعي والذي يستخدم كوقود بدال من الغاز الطبيعي الذي يتكون بشكل أساسي من الميثان. ويحصل على غاز الميثان CH 4 كما يلي : atalyst CO(g) + H (g) CH (g) + H O(g) 4 والتفاعل العكسي لتفاعل تكوين الميثان ھو: CH (g) + H O(g) CO(g) + H (g) 4 وھذا التفاعل ھام في التحضير الصناعي للميثانول CH OH والنشادر.NH والتفاعالن السابقان يمثالن التفاعل العكسي التالي : CO(g) + H (g) CH (g) + H O(g) 4

12 745 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي H (g) + I (g) HI(g) H (g) + Br (g) HBr(g) (٧ ٦ التفاعلات المتزنة : يمتاز تفاعل الھيدروجين مع البروم أو اليود بأنه بطيء نسبيا وعند استخدام تراكيز متساوية من الھيدروجين والھالوجين ) I), Br فيالحظ عدم حدوث استھالك تام للمواد المتفاعلة أي عدم حدوث تحول تام للمواد المتفاعلة الى مواد ناتجة بعد مرور الوقت الكافي لحدوث التفاعل: H (g) + Br (g) HBr (g) H (g) + I (g) HI (g) وھذه تفاعالت عكسية حيث ينعكس التفاعل عبر تفكك بروميد الھيدروجين( HBr ) الى بروم Br و H وتفكك يوديد الھيدروجين (HI) الى اليود والھيدروجين ويعبر عن ذلك بوضع سھم معاكس لتتكون بروميد الھيدروجين أو يوديد الھيدروجين. س) ما الذي وقف ضد استمرارية تحول المواد المتفاعلة الى مواد ناتجة س) كيف يمكن أن تبقى تراكيز المواد الناتجة والمواد المتفاعلة ثابتة أثبتت الدراسات الكيميائية أن السبب ھو أن المواد الناتجة من التفاعل تمتاز بمقدرتھا على التفاعل فيما بينھا وإنتاج المواد المتفاعلة : HBr(g) H (g) + Br (g) HI(g) H (g) + Cl (g) N O (g) NO (g) 4 ٨) التفاعل المتزن : Fig. 10 : Change in the onentrations of NO and N O 4 with time, in three situations. (a) Initially only NO is resent. b) Initially only N O 4 is resent () Initially a mixture of NO and N O 4 is resent. Note that even though equilibrium is reahed in all ases, the equilibrium onentrations of NO and N O 4 are not the same.

13 746 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي Fig. 11 : Change in the onentration of N O 4 and NO with time in two exeriments at 5 C a) Only N O 4 initially b) only NO is resent initially. In exeriment (a), [NO ] inreases as [N O 4 ] dereases. In exeriment (b), [N O 4 ] inreases as [NO ] dereases. In both exeriments, a state of hemial equilibrium is reahed when the onentrations level at onstant values : [N O 4 ] = 0.07 M; [NO ] = M. Fig. 1 : Rates of the forward and reverse reations for the deomosition of N O 4 to NO. As N O 4 is onsumed, the rate of the forward reation dereases, as NO is formed, the rate of the reverse reation inreases. When the two rates beome equal, an equilibrium state is attained and there are no further hanges in onentrations.

14 747 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي SO (g) + O (g) SO (g) ٩) التفاعل المتزن : Fig. 1 : Establishment of equilibrium in the SO (g) + O (g) SO (g) system beginning with only SO. Greater hanges in onentrations our to establish equilibrium starting with SO than starting with SO and O. The equilibrium favors SO and O Fig. 14 : Establishment of equilibrium in the SO (g) + O (g) SO (g) system. (a) Beginning with stoihometri amounts of SO and O an no SO. (b) Beginning with only SO and no SO or O. Greater hanges in onentrations our to establish equilibrium when starting with SO than when starting with SO and O. The equilibrium favors SO and O ومن أمثلة األوساط المتزنة طبيعيا ما يلي : ١) سائل وسط بخاري مشبع لھذا السائل. سرعة تبخر السائل تساوي سرعة تكثف بخاره. محلول مشبع لھذا الراسب (٢ راسب وفي ھذه الحالة فإن سرعة ذوبان المادة يساوي سرعة ترسيبھا من محلولھا المشبع.

15 748 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي س) صف بالشرح والرسم ما يحدث لتراكيز المواد المتفاعلة والمواد الناتجة في التفاعالت العكسية. ج) ١) في البداية (قبل حدوث التفاعل) كان لدينا في إناء التفاعل المواد المتفاعلة فقط. (قب ل ب دء التفاع ل كان ت تراكي ز الم واد المتفاعل ة عن د أعل ى قيم ة لھ ا وتراكي ز الم واد الناتج ة تس اوي صفرا ). ٢) عند بدء التفاعل ومع مرور الزمن يختفي جزء من المواد المتفاعلة (تقل تراكي ز الم واد المتفاعل ة) ويكون اختفاء المواد المتفاعلة سريعا في البداية ثم ينقص تدريجيا. ٣) يبدأ تراكيز المواد الناتجة في التزايد مع مرور الزمن. ٤) تتفاعل المواد الناتجة لتنتج المواد المتفاعلة ويكون س رعة تفاع ل الم واد الناتج ة بط يء ف ي البداي ة ويزداد تدريجيا. ٥) بعد مرور فترة من الزمن يتوقف نقصان تركيز المتفاعالت ويتوقف تزاي د الن واتج وتثب ت تراكي ز المواد المتفاعلة والمواد الناتجة وفي ھذه الحالة نقول أن التفاعل وصل الى حالة اإلتزان. شكل (١٥) : تناقص تراكيز المواد المتفاعلة ثم ثباتھا وتزايد المواد الناتجة ثم ثباتھا بعد مرور فترة معينة من الزمن. س) ما نوع اإلتزان في التفاعالت العكسية ج) اتزان نشط (اتزان ديناميكي (Dynami Equilibrium حيث أن التفاعل المتزن ال يتوقف عن التفاعل بل يستمر أي أن المواد المتفاعلة تتفاعل لتنتج المواد الناتجة وفي نفس الوقت تتفاعل المواد الناتجة لتنتج المواد المتفاعلة ويستمر ذلك مع مرور الزمن. ولكن ھذه التغيرات ال نستطيع أن نشعر أو نحس بھا بسبب تساوي سرعتي التفاعلين األمامي والعكسي أي إن سببه عكسية التفاعالت الكيميائية على المستوى الجزيئي. س) عرف اإلتزان النشط. ج) ھو استمرار التفاعلين العكسيين بالتفاعل بالسرعة نفسھا. مما سبق ذكره في التفاعالت العكسية فإن ثبات تراكيز المواد المتفاعلة والمواد الناتجة ما كان ليحدث لوال أن سرعتي التفاعل للمواد الناتجة (لتكوين المواد المتفاعلة ) والمواد المتفاعلة (لتكوين المواد الناتجة ) متساويتان بمعنى أن سرعتي التفاعلين المباشر والمعاكس متساويتان وتكون المواد المتفاعلة والمواد الناتجة في حالة توازن كيميائي ديناميكي (نشط) ومن ھنا ينشأ اإلتزان الكيميائي.

16 749 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ا مثلة من الواقع توضح فكرة الا تزان النشط : ١) لو كان لدينا خزان ماء يفقد ماء بمعدل L/Se) ) وفي المقابل ھناك صنبور يزود الخزان نفسه بمعدل L/Se) ). في ھذه الحالة فإن منسوب الماء ثابت ويظھر لك أن الماء ال يحدث له تغير بينما في الواقع الماء قي حالة تغير مستمر. ٢) إذا صعد شخص سلما كھربيا وكان ھذا السلم يتحرك لألسفل وليس لألعلى فإن المشاھد للشخص يالحظ أحد الحاالت الثالث : أ) إذا كان سرعة صعود الشخص أكبر من سرعة نزول السلم فإنه يظھر للمشاھد وكأنه يصعد لألعلى. ب) إذا كانت سرعة صعود الشخص أقل من سرعة نزول السلم فإنه يظھر للمشاھد وكأنه ينزل لألسفل. ج) إذا كانت سرعة صعود الشخص تساوي سرعة نزول السلم فإنه يظھر للمشاھد وكأنه ثابت في مكانه. وفي الحالة الثالثة (ج) نقول إن الشخص والسلم في حالة اتزان ألنھما يتحركان بنفس السرعة وفي اتجاھين متعاكسين. مثال توضيحي لديناميكية التفاعل المتزن لديك التفاعل المتزن التالي : Δ CaCO (s) CaO(s) + CO (g) والذي تستمر فيه كربونات الكالسيوم في التح ول ال ى CaO و CO كم ا أن CO و CaO يس تمران في تكوين. CaCO وليس من العسير إثبات ذلك بالتجربة كما يلي : أ) تت رك بع ض كربون ات الكالس يوم CaCO النقي ة لتتحل ل عن د درج ة ح رارة معين ة ث م يس مح لھ ا بالوصول الى اإلتزان مع أكسيد الكالسيوم CaO وضغط معين من ثاني أكسيد الكربون.CO ب) يوص ل ھ ذا المفاع ل م ع إن اء آخ ر يحت وي عل ى نف س محتوي ات المفاع ل األول وعن د نف س درج ة الح رارة والض غط ولك ن بع ض CO ب ه ق د مي ز ب الكربون المش بع (C ). 14 ھ ذه العملي ة ال تجع ل اإلتزان القائم بين CO والمواد الصلبة يضطرب نسبة ألن الضغط ودرجة الحرارة يظ الن ث ابتين على الدوام. ج) بعد فترة محددة يؤخذ جزء من المادة الصلبة ويفحص نشاطه اإلشعاعي. ولقد وجد اإلشعاع المميز ق د تفاع ل م ع ( 14 ف ي كربون ات الكالس يوم األم ر ال ذي يعن ي أن بع ض 14 CO للكربون المشع (C CaO ليكون Ca 14 CO على ال رغم م ن أن المنظوم ة كان ت عل ى ال دوام ثابت ة عن د اإلت زان. عن د حدوث ذلك فيجب أن يتحلل جزء من CaCO الى CaO و CO لكي يبقى ضغط CO ثابتا. إذا على الرغم من أنه لم يحدث تغير صافي التكوين إال أن التفاعلين المتعاكسين ق د ح دثا وأن ظ روف اإلتزان قد تواصلت ديناميكيا.

17 750 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي Fig. 16 : In (a) and (b) the equilibrium ressure of CO is the same at the same temerature, desite the resene of different amounts of CaCO (reresented by orange olor) and CaO (reresented by green olor). Fig. 17 : Thermal deomosition of alium arbonate : CaCO (s) CaO(s) + CO (g) At the same temerature, the equilibrium ressure of CO (measured with a losed-end manometer) is the same in (a) and (b), indeendent of how muh solid CaCO and CaO are resent. ا هم خواص الا تزان الكيمياي ي ١) النظام الكيميائي يتجه نحو حالة اإلتزان تلقائيا بمعنى أنه يستمر بمعدل قد يكون كبيرا أو صغيرا وأنه ال يبتعد عن حالة اإلتزان تلقائيا ولكن بتأثير خارجي مثل: تغير في الضغط أو درجة الحرارة. وبمجرد ترك النظام الكيميائي لنفسه يبدأ في العودة الى حالة اتزان كيميائي. والسبب في سير كل النظم المعروفة الى حالة اتزان ھو اإلختالف في سرعة التفاعالت العكسية فيھا وأن حالة اإلتزان الكيميائي ھي حالة تساوي سرعتي التفاعلين األمامي والعكسي في النظام الكيميائي.

18 751 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ٢) حالة اإلتزان الكيميائي يمكن الوصول إليھا من الناحيتين أي ناحية المتفاعالت أو ناحية النواتج ففي مثال التكسير الحراري لكربونات الكالسيوم. فإننا نجد عند كل درجة حرارة معينة كمية محددة من ثاني أكسيد الكربون في اتزان مع CaO(S) CaCO,(S) ٣) اإلتزان الكيميائي ديناميكي (نشط) ومع ذلك فإن تركيز المواد ثابت ال يتغير مع مرور الزمن بسبب أن سرعة التفاعل األمامي تساوي سرعة التفاعل الخلفي وبالتالي فإن الخواص المنظورة والملموسة ثابتة. ويجب ا ن نتذكر ما يلي عن ثابت الا تزان لتفاعل ما : ١) عند حساب ثابت اإلتزان يجب مراعاة استخدام قيم تركيزات المواد عند اإلتزان. ٢) ثابت اإلتزان يساوي مقدارا ثابتا عند درجة الحرارة الثابتة ويتغير بتغيرھا. ٣) قيمة ثابت اإلتزان تدل على مدى سير التفاعل فإذا كانت قيمة ثابت اإلتزان كبيرة ف إن ذل ك يعن ي أن التفاعل يسير الى درجة كبيرة أي أن تركيزات المواد الناتجة عند اإلتزان عالي ة أم ا إذا كان ت قيمته صغيرة فإن ذلك يعني أن تركيزات المواد الناتجة عند اإلتزان منخفضة. س) ما الفروق التي يمكن مالحظتھا مما سبق بين التفاعل العكسي وغير العكسي يمكن تلخيص أھم الفروق بين التفاعلين العكسي وغير العكسي بالجدول (١). جدول (١) : أھم الفروق بين التفاعالت العكسية وغير العكسية التفاعل العكسي التفاعل غير العكسي يحدث في اتجاه واحد( ( تتفاعل تقريبا المواد المتفاعلة كليا المواد الناتجة ال تتفاعل مع بعضھا البعض ا قسام التفاعلات الا نعكاسية ( يحدث في اتجاھين متعاكسين ) يتفاعل جزء من المواد المتفاعلة المواد الناتجة تتفاعل مع بعضھا لتعطي المواد المتفاعلة. ا ) التفاعلات الا نعكاسية (المنعكسة) المتجانسة (الا تزانات الكيمياي ية المتجانسة) التفاعالت المتزنة والتي تكون فيھا المواد المتفاعلة والناتجة جميعھا في طور (صنف) واحد تعرف باسم التفاعالت المتجانسة. ويقصد بالصنف أو الطور ھنا الحالة الفيزيائية للمادة (صلبة (S) سائلة غازية( g )). (L) ا مثلة للتفاعلات المتزنة المتجانسة ما يلي : 1...H (g) + I (g) HI(g)...N (g) + H (g) NH (g)...cl 5(g) Cl (g) + Cl (g) 4...NO 4(g) NO (g) 5...CHCOH(L) + CH5OH(L) CHCOOCH5(L) + HO(L) فالمواد المتفاعلة والناتجة في التفاعالت (4-1) ف ي الحال ة الغازي ة. بينم ا ھ ي ف ي الحال ة الس ائلة ف ي التفاعل (5).

19 75 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ب) التفاعلات الا نعكاسية (العكسية) غير المتجانسة (الا تزانات الكيمياي ية غير المتجانسة) التفاعالت المتزنة والتي تختلف فيھا أطوار (أصناف) المواد المتفاعلة والمواد الناتجة (أي تختل ف ع ن بعضھا في حاالتھا الفيزيائية) تسمى باإلتزانات غير المتجانسة. ا مثلة للا تزانات الكيمياي ية غير المتجانسة ما يلي: Δ 1...CaCO (s) CaO(s) + CO (g)...fe(s) + 4H O(g) Fe O (s) + 4H (g) 4...CO (g) + C(s) CO(g) Δ...H O(L) H O(g) 4...C(s) + O (g) 5...C(s) + H O(L) CO (g) H (g) + CO(g) ج) الا تزان في المحاليل الا ليكتروليتية ويشمل ھذا النوع تأين األحماض والقواعد والتفاعالت األيونية ومن أمثلتھا : CH COOH(aq) CH COO (aq) + H (aq) NH OH(aq) NH (aq) + OH (aq) 4 4 قانون فعل الكتلة والا تزان الكيمياي ي The Law of Mass Ation and Chemial Equilibrium وجد بالتجربة أن كل تفاعل مستقل تكون له حالة اإلتزان النوعية الخاصة ب ه والت ي توج د ف ي عالق ة محددة بين تركيزات المواد المتفاعلة والناتجة. ولتوضيح ھذه العالقة فإننا سنأخذ ثالثة أمثلة توضح ذلك : ١) التفاعل بين الھيدروجين واليود ق ام العالم ان تيل ور وكريس ت Crist) (Taylor and ف ي ع ام ( ١٩٤١ م) بع دة تج ارب مھم ة للتفاع ل التالي : H (g) + I (g) HI(g) وابت دءا التفاع ل بتراكي ز مختلف ة للمتف اعالت والن واتج وذل ك بتغيي ر الض غط الجزئ ي ressure) (artial لكل من المواد المتفاعلة (والموجودة في الحالة الغازية). وقد تم الحص ول عل ى النتائج المدونة في الجدول (٢) بعد الوصول الى حالة اإلتزان عند درجة حرارة ( 698.6).

20 75 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي جدول (٢) الضغط الجزي ي عند نقطة الا تزان (جو) (atm) التجربة H (g) I (g) HI(g) وعن د أخ ذ مقس وم تركي ز الن اتج عن د نقط ة اإلت زان عل ى حاص ل ض رب تركي ز ك ل م ن الم واد [ HI(g) ] ھو مق دار غي ر ثاب ت كم ا المتفاعلة عند نقطة اإلتزان فإننا نجد أن ناتج القسمة [ H (g) ][ I (g) ] يتضح من الجدول (٣) : جدول (٣) ] HI(g) [ التجربة [ H(g).I(g) ] [ ] ولكن عند قسمة مربع تركيز الناتج (عند نقطة اإلتزان) على حاصل ضرب تركي زات الم واد المتفاعل ة [ HI(g) ] ھ و مق دار ثاب ت كم ا ھ و واض ح م ن (عند نقطة اإلتزان) فإننا نجد أن ناتج القس مة [ H (g)][ I (g)] الجدول( ٤ ) : جدول (٤) [ HI(g) ] H(g) I(g) التجربة المتوسط [ ][ ] وعلى ذلك فإن معادلة ثابت اإلتزان تكتب على النحو التالي : [ HI(g) ] [ H (g)][ I (g)] = = 55.16

21 754 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي وقيمة ثابت اإلتزان (55.16) ھي متوسط النتائج التجريبية عند درجة حرارة ومن المالحظ أن تركيز كل من المتفاعالت والنواتج عند حالة اإلتزان في معادلة ثابت اإلتزان ق د رفع الى أس يساوي معامل الم واد المتفاعل ة والناتج ة ف ي التفاع ل الم وزون. وتس مى تركي زات الم واد عند حالة اإلتزان بالتركيزات المتزنة. ٢) التفاعل المتزن بين الكلور ) (Cl وأول أكسيد الكربون (CO) CO(g) + Cl (g) COCl (g) والجدول (٥) يوضح النتائج الت ي أمك ن الحص ول عليھ ا بالنس بة لع دة تج ارب متوالي ة أجري ت جميعھ ا عند درجة الحرارة نفسھا ولكنھا تختلف في التركيزات اإلبتدائية ل : Cl, CO جدول (٥) التركيزات بوحدة مول /لتر [ COCl ] التجربة CO. Cl 1 4 [CO] المتوسط [Cl ] [COCl ] [ ] [ ] وعلى الرغم من أن التركيزات المتزنة تتغير من تجربة الى أخرى إال أن ه يوج د عالق ة وحي دة تص لح لجميع التجارب وھي قسمة تركيز ) (COCl على حاصل ض رب تركي ز (CO) و ) (Cl ف إن الع دد (0.) ھ و ال ذي ين تج ف ي ك ل م رة ويك ون ھ ذا الع دد ممي زا لھ ذا التفاع ل وھ و ثاب ت اإلت زان لھ ذا التفاعل. وھو يختلف فقط مع تغيرات الحرارة. وأينم ا وج د (CO) و ) (Cl و ) (COCl مع ا ف ي حال ة ات زان ف إن التركي زات لھ ذه الم واد يج ب أن تكون ذات قيم تفي بالشرط التالي : [ COCl ] -1 = 0.4 litre mol CO Cl [ ][ ] : N O 4, NO N O (g) 4 NO (g) ٣) التفاعل المتزن بين غازي والجدول (٦) يوضح النتائج التي أمكن الحص ول عليھ ا بالنس بة لع دة تج ارب متوالي ة أجري ت جميعھ ا عند درجة الحرارة نفسھا (C 5) ولكنھا تختلف في التركيزات اإلبتدائية ل : N O 4, NO جدول (٦) N O (g) 4 NO (g) معلومات عن التركيز عند 5 C للتفاعل : تعبير ثابت اإلتزان [ NO ] NO التركيز عند اإلتزان التركيز اإلبتدائي رقم التجربة [N O 4 ] [NO ] [N O 4 ] [NO ] [ ]

22 755 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ٤) التفاعل المتزن بين غاز ي النيتروجين والھيدروجين N (g) + H (g) NH (g) والجدول (٧) يوضح النتائج الت ي أمك ن الحص ول عليھ ا بالنس بة لع دة تج ارب متوالي ة أجري ت جميعھ ا عند درجة الحرارة نفسھا ولكنھا تختلف في التركيزات اإلبتدائية ل N و H: جدول (٧) [ NH] [ H [ N ] [ NH ] ] [ N][ H] المتوسط وفي التفاعالت التي تتضمن غازات تكون الضغوط الجزئية للمواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل متناسبة مع تركيزاتھا الموالرية. لذلك يمكن كتابة تعبير ثابت اإلتزان لھذه التفاعالت باستعمال الضغوط الجزئية بدال من التراكيز. فمثال يمكن التعبير عن شرط اإلتزان للتفاعل بين النيتروجين (g) N والھيدروجين (g) H. (NH) = (N) (H) والرمز يستعمل ليدل على ثوابت اإلت زان المش تقة م ن الض غوط الجزئي ة و لت دل عل ى ثواب ت اإلتزان عن وجود التركيزات الموالرية في تعبير فعل الكتلة. وعموما فإن ) ), ليس ا متس اويين عدديا إال في حالة التفاعل المتجانس الغازي الذي عدد موالت المتفاعالت الغازية يس اوي ع دد الن واتج الغازية ) R.(n = n والتعبير السابق لثابت اإلتزان يعرف بتعبير فعل الكتلة كما سنأخذ ال حقا. وقد كتب تعبير فعل الكتلة بالتركيزات (أو الضغوط الجزئي ة) للن واتج ف ي البس ط وللم واد المتفاعل ة ف ي المقام. ولما كان ھذا الكسر مساويا لمقدار ثابت عند اإلتزان فإن مقلوبه أيضا يج ب أن يك ون مق دارا ثابتا. وبذلك : [ NH] [ ] [ ] [ N ] [ H] [ ] (NH) =, = (N ) x (H ) N H 1 (N) (H) 1 = =, = = (NH ) NH ويعتبر كال الوص فين لحال ة اإلت زان ص حيحا. إال أن الكيمي ائيين ق د اخت اروا بش كل مطل ق (اعتب اطي عش وائي) ال ى ح د م ا أن يكت ب تعبي ر اإلت زان دائم ا بحي ث تظھ ر التركي زات أو الض غوط الجزئي ة للمواد المتفاعلة في المقام. وذلك يسمح لنا بجدولة (تبويب) ثوابت اإلتزان دون أن يبين (يصرح) ش كل تعبير فعل الكتلة.

23 756 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي أدت حالة اإلتزان للتفاعل الكيميائي عند ثب وت درج ة الح رارة ال ى أول ق انون تقريب ي ع رف فيم ا بع د (١٨٦٦ ١٨٦٧ م) بق انون فع ل الكتل ة وق د أكتش ف بواس طة الع المين الن رويجين ك اتو ماكس يميليان جولدبيرغ Guldberg) (Cato Mximilian وبيتر واج Waage) (eter عام ١٨٥٤ م. نص قانون فعل الكتلة ھناك نصوص متعددة لھذا القانون كلھا تقود لنفس المدلول ومنھا : "معدل التفاعل الكيميائي يتناسب مع الكتلة النشطة للمواد المتفاعلة". "عند ثبوت درجة الحرارة فإن سرعة التفاعل الكيميائي تتناسب طرديا مع الكتلة الفعالة من المواد المتفاعلة وھذه الكتل الفعالة تتناسب طرديا مع التركيز". "النسبة بين حاصل ضرب تراكيز المواد الناتجة عند اإلتزان كل منھا مرفوع ألس يساوي عدد موالته في المعادلة الكيميائية وحاصل ضرب تراكيز المواد المتفاعلة عند اإلتزان كل منھا مرفوع ألس يساوي عدد موالته في المعادلة الكيميائية". وھذه النسبة تساوي مقدارا ثابتا لنفس التفاعل وال تتغير بتغير الظروف عدا ظرف درجة الحرارة. وھذه النسبة تسمى بتعبير فعل الكتلة Exression) (Mass Ation س) بماذا عرف الثابت عرف باسم ثابت اإلتزان الكيميائي Constant) (Equilibrium ويرمز له بالرمز eq أو اختصارا (عند استخدام التراكيز الموالرية للمواد المتفاعلة والناتجة في معادلة اإلتزان فإن ثابت اإلتزان يرمز له بالرمز أما عند استخدام الضغوط الجزئية فيرمز له بالرمز ) حيث أن للتفاعل المتزن: aa + bb C + dd d [ C ].[ D] = a b A. B [ ] [ ] وھو عبارة عن النسبة بين ثابت تناسب سرعة التفاعل األمامي وثابت سرعة التفاعل الخلفي. kf = k b أو ھو حاصل ضرب تركيزات المواد الناتجة عن د اإلت زان مرفوع ا ألس ع دد جزيئاتھ ا مقس وما عل ى حاص ل ض رب تركي زات الم واد المتفاعل ة عن د اإلت زان مرفوع ا ألس ع دد جزيئاتھ ا. وثاب ت اإلت زان كمية يجب أن تحسب من نتائج تجريبية. لدينا التفاعل المتزن التالي: حيث الاشتقاق الكيناتيكي لقانون الا تزان الكيمياي ي ineti Derivation of the Law of Chemial Equilibrium aa + bb C + dd وبافتراض أن سرعة التفاعل المباشر ھي (f) (Rate وسرعة التفاعل المعاكس ھي (r) (Rate حيث أن : a b a b Rate(f) α A. B Rate(f) = A. B [ ] [ ] f [ ] [ ] d d [ ] [ ] [ ] [ ] Rate(r) α C. D Rate(r) = r C. D : ثابت سرعة التفاعل المباشر : ثابت سرعة التفاعل المعاكس. r f

24 757 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي وعند اإلتزان تكون سرعتا التفاعلين (المباشر والمعاكس) متساويتين : Rate (f) = Rate (r) f [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] a b d a b A. B =r C. D (% A. B, r) d [ C ].[ D] a b [ ] [ ] [ C ].[ D] [ A ].[ B] [ ] [ ] [ ] [ ] a b d f A. B r C. D = r A. B r A. B f = r A. B = a b a b d C a b الا تزان الكيمياي ي والحركية الكيمياي ية CHEMICAL EQUILIBRIUM AND CHEMICAL INETICS بعض التفاعالت تمر في خطوة واحدة والبعض اآلخر يمر في أكثر من خطوة. التفاعل األولي ھو التفاعل الذي تكون خطواته واحدة بينما التفاعل المعقد له أكثر من خطوة. aa + bb C + dd...(1) C + dd ee + ff...() aa + bb ee + ff...() d [ C ].[ D] [ ] [ ] e f [ E ].[ F] [ ] [ ] = A. B 1 a b = C. D d [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] d e f e f C. D E. F E. F = x = = A. B C. D A. B 1 a b d a b مثال للتفاعل المعقد : مثال (١) استنتج قانون اإلتزان للتفاعل التالي من قانون سرعة التفاعل : A + B AB علما بأن التفاعل يمر بخطوتين وھما :

25 758 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي 1) A A ) A + B AB A ( كما يلي : نوجد قانون اإلتزان للخطوة األولى ) A سرعة التفاعل األمامي : [A] R f = k f سرعة التفاعل العكسي ] R r = k r [A وعند اإلتزان فإن سرعة التفاعل األمامي ) f R) تساوي سرعة التفاعل العكسي ) r R) kf [ A ] = kr[ A] kf [ A ] = 1 = kr [ A] (( A + B ثانيا / نوجد قانون ثابت اإلتزان للخطوة الثانية من التفاعل AB)) سرعة التفاعل األمامي : [B] R f = k f [A ] سرعة التفاعل العكسي : B] R r = k r [A وعند اإلتزان فإن سرعة التفاعل األمامي ) f R) = سرعة التفاعل العكسي ) r R) kf [ A ] [ B ] = kr[ AB] kf [ AB ] = = kr [ A ] [ B] وحاصل جمع التفاعلين (,1) يعطي التفاعل المطلوب : A A A+ B AB A + B A B = k k = = 1 [ A] [ AB] [ A] [ A ] [ B] [ AB ] [ A ] [ B] وبالتالي فإن ثابت اإلتزان للتفاعل الكلي ھو :

26 759 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي طرق التعبير عن ثابت الا تزان (الا تزان) الكيمياي ي Methods of Exressing the Chemial Equilibrium Constant ثاب ت اإلت زان ھ و مق دار ثاب ت يعب ر ع ن حال ة اإلت زان الت ي تص ل إليھ ا مجموع ة م ن الم واد الكيميائي ة المتفاعل ة عكس يا عن دما تك ون س رعتا التف اعلين العكس يين متس اوية. وقيم ة ثاب ت اإلت زان ثابت ة عن د درج ة حرارة معينة ويتم الحصول عليه تجريبيا. ومن قانون فعل الكتل ة ف إن ھ ذا الثاب ت ل ه قيم ة ھ ي عب ارة ع ن كسر بسطه حاصل ضرب تراكيز المواد الناتجة ومقام ه حاص ل ض رب تراكي ز الم واد المتفاعل ة مرف وع تركيز كل مادة منھا الى أس يساوي معامله في المعادلة الموزونة. والتفاعالت التي تكون تامة (غير عكسية) والتي تمثل بسھم واحد الى األمام ال يكتب لھا قانون ثابت اتزان. العوامل المو ثرة على ثابت الا تزان : ١) طبيعة المواد الداخلة والناتجة من التفاعل ٢) درجة الحرارة. ويعبر عن ثابت اإلتزان بعدة طرق منھا : ١) ثابت الا تزان بدلالة التراكيز المولارية Equilibrium Constant in Terms of Molar Conentrations عند قياس تراكيز المواد المتوازنة بالموالرية فإن ثابت اإلتزان يرمز له بالرمز ) ) حيث أن الحرف التحتي () يدل على كلمة تركيز.(onentration) ويكتب ثابت اإلتزان أحيانا بوحدات وأحيانا أخرى بدون وحدات ويعتمد ھذا على عدد المواد الناتجة وعدد المواد المتفاعلة فإذا كان عدد النواتج مساو لعدد المتفاعالت كان بدون وحدة. aa + bb C + dd = [ C] [ D] a [ A] [ B] d b فإذا كان d) ( a = b = = متساوية فإن بدون وحدات. وإذا كان ) = d (a = b = 1, = فإن : مثال (٢) = -1-1 ( mol.l ) ( mol.l ) ( mol.l ).( mol.l ) ( ) = mol.l بين لكل من التفاعلين التاليين فيما إذا كانت قيمة ستكون ذات وحدة أو ال. H (g) + I (g) (١ التفاعل األول : HI(g) H (g) + N (g) NH (g) ٢) التفاعل الثاني : التفاعل األول : وبالتالي فإن H (g) + I (g) HI(g) [ HI] [ ][ ] = = ( mol.l ) ( )( ) H I mol.l mol.l ليس لھا وحدة.

27 760 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي H (g) + N (g) NH (g) [ NH ] [ ] [ ] ( mol.l ) ( -1 ) ( -1 ) -1 - = = = mol L H. N mol.l mol.l = mol - وحدتھا L التفاعل الثاني : وبالتالي فإن مثال (٣) أ) أكتب معادلة ثابت اإلتزان ) ) للتفاعالت التالية : CO(g) + H (g) CH (g) + H O(g) أ) 4 CH (g) + H O(g) 4 CO(g) + H (g) ب) [ CO ].[ H ] [ CH ].[ H O] 4 = ب) [ CH ].[ H O 4 ] [ CO ].[ H ] مثال (٤) وضع العالم ھابر وزمالؤه في أحد التجارب التي أجروھا خليطا من الھيدروجين والنيتروجين في إناء التفاعل وحينما وصل النظام الى اإلتزان عند درجة حرارة ºC) 47) : H (g) + N (g) NH (g) وجد أن تركيز كل من الھيدروجين والنيتروجين واألمونيا ھو : H = M [ ] [ N ] [ NH ] = M = M H (g) + N (g) NH (g) = [ NH] [ H ]. [ N] ( 0.007) ( 0.107) ( 0.040) = = mol L - احسب ثابت اإلتزان.

28 761 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ٢) ثابت الا تزان بدلالة الضغوط الجزي ية Equilibrium Constant in Terms of artial ressure إن كثيرا من اإلتزانات الكيميائية تكون بين مواد غازية أو تشترك فيھا مواد غازية وكثيرا ما يكون من المناسب التعرف على كمية الغاز بداللة ضغطه حيث يرتبط ضغط الغاز () بكميته (عدد الموالت) (n) عبر القانون العام للغازات : n V = nrt = RT V n n = = ( RT ) -1 V RT V - 1 C = (RT) حيث C تعبر عن التركيز الموالري الذي يرمز له بقوسين : ] [ ونرمز لثابت اإلتزان بالرمز عند التعبير بالضغوط الجزئية. وإذا كانت المواد في التفاعل التالي في الحالة الغازية : aa(g) + bb(g) C(g) + dd(g) فإن ثابت اإلتزان بداللة الضغوط الجزئية ھو : d (C) (D) = ملحوظة : a b (A) (B) يستخدم قانون إذا كانت المواد في الحالة الغازية فقط ألن الضغط ال يؤثر إال على الغاز. المواد التي تكون في حالة صلبة (S) أو سائلة (L) (كمذيب) ال تكتب تراكيزھا في قانون ثابت اإلتزان وذلك ألن تركيزھا يبقى ثابتا أثناء التفاعل الكيميائي (تعتبر قيمتھا تساوي الوحدة) مھما اختلفت كميتھا عند درجة حرارة معينه. مثال (٥) لديك معادلة اإلتزان التالية : C(sS) + CO (g) CO(g) أكتب معادلة ثابت اإلتزان بداللة التراكيز الموالرية ) ) وبداللة الضغوط الجزئية ) ). C(s) + CO (g) = [ CO] [ CO ] (CO) = (CO ) CO(g)

29 76 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال (٦) لديك التفاعل المتزن التالي : أكتب ثابت اإلتزان بداللة التراكيز الموالرية + + Cu(s) + Ag (aq) Cu (aq) + Ag(s) + Cu = + Ag دلالة قيمة ثابت الا تزان ١) إذا كانت قيمة ثابت اإلتزان كبيرة (أكبر من الرقم واحد بكثير) فلھذا داللة أن معظم المواد المتفاعلة تحولت الى نواتج (المواد الناتجة موجودة بكمية كبيرة). ٢) إذا كانت قيمة ثابت اإلتزان صغيرة (أقل من الرقم واحد بكثير) فلھذا داللة أن النظام يحتوي بشكل أساسي على المواد المتفاعلة (المواد المتفاعلة موجودة بكمية أكبر وأن اتجاه التفاعل الى اليسار أي جھة المتفاعالت). ٣) أما إذا كانت قيمة ليست بالكبيرة أو الصغيرة بالمقارنة مع الواحد ) ) فإن مقادير النواتج والمتفاعالت الموجودة عند اإلتزان تكون متقاربة الى حد ما. ٤) أما بالنسبة للتفاعالت غير العكسية حيث ال يتبقى من المواد المتفاعلة إال كميات ضئيلة نتيجة تحولھا التام الى مواد ناتجة تكون قيمة تساوي ما ال نھاية. ٥) يمكن من مقارنة قيمة ثابت اإلتزان لتفاعل عند درجة حرارة معينة بالقيمة عند زمن معين لمواد مزجت مع بعضھا ولتكن ھذه القيمة (Q) (حاصل التفاعل (Reation Quotient فإذا كانت (Q ) = فإن التفاعل في حالة اتزان أما إذا لم يتساويا (Q ) فإن التفاعل غير متزن. مثال (٧) + + Cu(s) + Ag (aq) Cu (aq) + Ag(s) + Cu 15 = = 10 + Ag وھذا الثابت كبير ويدل على أن معظم المواد المتفاعلة تحولت الى نواتج. مثال (٨) تفاعل الھيدروجين مع الكلور : H (g) + Cl (g) HCl(g) = عند درجة 5 C وقيمة الكبيرة جدا تخبرنا بأنه عند اإلتزان يتقدم التفاعل بعيدا (كثيرا ) نحو االكتمال. فإذا خلط mol) (1 من ) (Cl ) (H سيبقى جزء صغير جدا من H, Cl دون تفاعل عند اإلتزان. مثال (٩) تحلل بخار الماء عند درجة حرارة الغرفة (C 5) :

30 76 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي HO(g) H (g) + O (g) = وبالنظر الى قيمة مثال (١٠) الصغيرة جدا نستطيع أن نستنتج أن التحلل يحدث الى درجة صغيرة جدا فقط. AgCl(s) + - Ag (aq) + Cl (aq) = Ag Cl = وھذا الثابت صغير ويدل على أن معظم المواد المتفاعلة لم تتحول الى نواتج. مثال (١١) تفكك الماء الى أيونات : H O(L) H (aq) + OH (aq) = 1 10 ومن قيمة الصغيرة جدا فإن تفكك الماء إلى أيونات ضعيف جدا. + - HO(L) H (aq) + OH (aq) = H OH = 1 10 ويرمز لثابت تفكك الماء في الغالب بالرمز ) w ) بدال من ) ) : w = مثال (١٢) أي من التفاعلين يميل أكثر نحو تكوين النواتج (نحو اإلكتمال) : 1) HSO 4(aq) + HO(L) HO (aq) + SO 4 (aq) = ) HS(g) + HO(L) HO (aq) + HS (aq) = 1 10 التفاعل األول يميل أكثر نحو تكوين النواتج ألن قيمة ثابت اإلتزان له كبيرة. حساب قيمة ثابت الا تزان من خلال المعادلات ملاحظات يجب مراعاتها عند حل مساي ل ثابت الا تزان : ١) إذا ضرب تفاعل ما في معامل ما (رقم ما مثال ) فإن ثابت اإلتزان الجديد يرفع الى أس يساوي ذلك المعامل. مثال توضيحي لديك التفاعل المتزن التالي : H (g) + 1/O (g) H O(g) 1 فإذا ضرب ھذا التفاعل في العدد () فإن ثابت اإلتزان الجديد ) ) ھو نفس ثابت اإلتزان القديم ) 1 ) لكنه مرفوع الى أس يساوي ()

31 764 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي H (g) + O (g) H O(g) = ( ) 1 ٢) إذا عكس اتجاه تفاعل ما فإن ثابت اإلتزان الجديد يساوي عكس ثابت اإلتزان األول. مثال توضيحي N (g) + H (g) NH (g) 1 وعند عكس التفاعل السابق : NH (g) H (g) + N (g) 1 = = ( ) وبالتالي فإن : ٣) إذا كان التفاعل مركبا من مجموعة تفاعالت فإن ثابت اتزان التفاعل الكلي يس اوي حاص ل ض رب ثوابت اتزان كل التفاعالت المكونة له. مثال توضيحي 1) C(s) + 1/O (g) CO(g) 1 ) CO(g) + 1/O (g) CO (g) ) C(s) + O (g) CO (g) والمعادلة الثالثة ناتجة عن جمع المعادلتين األولى والثانية. ويكون ثابت اإلتزان للمعادلة الثالثة : = 1 مثال (١٣) إذا كانت للتفاعل التالي ھي : ο 1...N O (g) 4 NO (g) = 0.6 at (100 C) 1 احسب ثابت اإلتزان عند نفس درجة الحرارة للتفاعلين التاليين : 1... N O (g) 4 NO (g) =?...NO (g) N O (g) =? N O (g) 4 NO (g) المعادلة الثانية :

32 765 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ھي عبارة عن المعادلة األولى إال أنھا مضروبة في (1/) لذلك فثابت اإلتزان لھا ھو نفسه للمعادلة األولى مرفوع الى أس (1/) أي أن قيمة ثابت اإلتزان للمعادلة الثانية ھو الجذر التربيعي لثابت اتزان المعادلة األولى. 1/ = ( ) 1 = 1 = 0.6 = NO (g) N O (g) 4 المعادلة الثالثة : ھذه المعادلة ھي عكس المعادلة األولى وبالتالي فإن ھو معكوس 1 كما يلي : 1 = 1 1 = = مثال (١٤) أعطيت المعلومات التالية عن التفاعلين التاليين عند (C 97) : 1...Fe(s) + CO (g) FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + HO(g) FeO(s) + H (g) =.8 فما ثابت اإلتزان للتفاعل التالي عند نفس درجة الحرارة :...CO (g) + H (g) CO(g) + HO(g) =?

33 766 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي العلاقة بين = [ ] [ ] ( RT) ( ) Relationshi between, aa + bb C + dd لديك التفاعل المتزن التالي : وبداللة التركيز فإن ثابت اإلتزان : e d [ E ].[ D] = a b [ A ].[ B] وبما أن العالقة بين الضغط والتركيز الموالري ھي : n = ( RT) -1 V فإن تراكيز المواد (D,A),B,C بداللة الضغط ھي : a a A A = = (RT), B = (RT) a RT b b a - a b B b - b A [ ] = B ( ) C C = = (RT), D = = (RT) RT d - d - d C = d D [ ] D ( RT) d وبالتالي نعوض بھذه القيم في المعادلة : e d [ E ].[ D] [ A ].[ B] وتصبح : a b e d [ E ].[ D] [ A ].[ B] - d -d ( C) ( RT ). ( D) ( RT) -a -b ( A) (RT). ( B) (RT) d - ( + d) ( C). ( D) ( RT) ( A) ( B) ( ) -( + d) + (a + b) ( ) ( )...(divided by ( RT) C a b = C a b =. RT C a b - (a + b) =. RT C =. RT C ( RT) = = (a + b) - ( + d) (a + b) - ( + d) ( ) ( RT) C (a + b) - ( + d) (a + b) - ( + d) C C ( RT) n g ( RT) Δ. RT = ( + d) - (a + b) (a + b) - ( + d)

34 767 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي حيث : الفرق بين عدد موالت الغازات الناتجة وعدد موالت الغازات المتفاعلة. ثابتة و (R ) Δn (g) ( Δn (g) ) ولنفس التفاعل فإن وبالتالي فإن : ثابت عند ثبوت درجة الحرارة. Δn (g) (RT) = onstant وبالتالي فإن : d [ C ] [ D ] = onstant a b [ A ] [ B] حيث يدل الرمز () التحتي على استخدام الضغوط لقياس قيمة ھذا d C. D a b A. B ( ) g وھذا المقدار الثابت ھو ) ) الثابت. = حيث ثابت اإلتزان الكيميائي بداللة الضغوط. والعالقة التي تربط بين و : n = RT Δ وعند تساوي عدد موالت المواد المتفاعلة وعدد موالت المواد الناتجة فإن : = 0 Δn وھذا يعني أن : = 0.105) = ( للتفاعل : H (g) + N (g) NH (g) ( (g) ) مثال (١٥) إذا علمت أن عند درجة حرارة ºC) 47) وإذا علمت أن mol) (R = atm L/ فاحسب قيمة من العالقة : للنظام المتوازن = (RT) Δn Δn = n - n R = - 4 = - H (g) + N (g) NH (g) n R = 4 n = = ( ) = ( ) =

35 768 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال (١٦) أكتب معادلة ثابت اإلتزان للتفاعالت التالية بداللة التراكيز الموالرية والضغوط الجزئية ثم أكتب العالقة بين, لكل تفاعل CO(g) + H (g) CH 4(g) + HO(g)... CH 4(g) + HO(g) CO(g) + H (g)...h (g) + N (g) NH (g) Δn = n - n R = - 4 = CO(g) + H (g) CH 4(g) + H O(g) [ CH 4].[ HO] [ ] [ ] - n = 4 n = R ( ) ( CH ).( ) 4 HO ( ) ( ) =, = CO. H. = ( RT ) = RT CO H Δn = n - n R = 4 - =... CH (g) + H O (g) CO(g) + H (g) 4 n = n = 4 [ CO ].[ H ] [ ] [ ] ( ) R R ( CO ).( H ) ( ) ( ) =, = CH. H O. = RT 4 CH H O n = 4 4 Δn = n - n R = - 4 = -... H (g) + N (g) NH (g) [ NH] [ ] [ ] ( ) n = ( NH ) ( ) ( ) =, = H. N. H N = ( RT ) = RT -

36 769 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال (١٧) وجد في نظام متوازن من الھيدروجين والنيتروجين والنشادر : N (g) + H (g) NH (g) أن كميات ھذه المواد ھي : H = mol/l, N = mol/l, NH = mol/l ([ ] [ ] [ ] ) فإذا علمت أن ضغط ھذا النظام عند ºC) 500) يساوي atm) 1.6) فاحسب كال من, Δn = n - n R = - 4 = - N g) + H (g) NH (g) = n = 4 n = R [ NH] [ N ].[ H ] = -5 ( ) - - ( ) ( ) = = (RT) - ( ) = = ( ) 1...CO(g) + H (g) - = مثال (١٨) لديك التفاعل التالي : CH OH(g) 7 ( ثابت اتزانه ) = عند درجة حرارة ºC) (5 احسب قيمة, للتفاعلين التاليين :...CO(g) + 4H (g) CHOH(g)...CH OH(g) CO(g) + H (g) أوال : حساب قيمة ثابت اإلتزان للتفاعلين ) (,

37 770 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي R...CO(g) + 4H (g) R...CH OH(g) n = 6 n = CH OH(g) n = 1 n = CO(g) + H (g) = : (1,, ) CH OH [ ] [ CO][ H ] [ CHOH] [ ] [ H ] [ CO][ H ] [ CH OH] 1 = CO = 4 = ( ) 1 = ( ) = = = ( ) - 8 = للتفاعالت الثالثة : R ( ) n = n = CO(g) + H (g) CHOH(g) = (RT) Δn 1 1 Δn = 1 - = - = ( ) = = بكتابة ثابت اإلتزان للمعادالت ونالحظ أن : كذلك نالحظ أن : ثانيا حساب قيمة التفاعل األول :

38 771 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي R ( ) n = 6 n =...CO(g) + 4H (g) CHOH(g) = (RT) Δn 4 8 Δn = - 6 = - 4 = ( ) = = R 14-4 n = 1 n =...CHOH(g) CO(g) + H (g) = (RT) Δn -5 Δn = - 1 = = ( ) = التفاعل الثاني : التفاعل الثالث : ويمكن تلخيص النتائج السابقة كما يلي : التفاعل (1) التفاعل () التفاعل () مثال( ١٩ ), أكتب معادلة ثابت اإلتزان ) ) للتفاعالت التالية ثم أكتب العالقة بين 1...CO(g) + H (g) CH 4(g) + HO(g)...H (g) + N (g) NH (g)...zno(s) + CO(g) Zn(s) + CO (g) 4...CaCO (s) CaO(s) + CO (g) 5...AgCl(s) + - Ag (aq) + Cl (aq) 6...5CO(g) + IO 5(S) I (g) + 5CO (g) 7...HS(g) + CH 4(g) CS (g) + 4H (g)

39 77 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي n R = 4 n = 1... CO(g) + H (g) CH 4(g) + HO(g) = Δn = n - n R = - 4 = - [ CH 4].[ HO] [ CO ].[ H ] = (RT) = (RT) = (RT) Δn - n R = 4 n =... H (g) + N (g) NH (g) = Δn = n - n R = - 4 = - [ NH] [ H ].[ N ] = (RT) = (RT) = (RT) Δn - المعادلة األولى : التعبير عن ثابت اإلتزان : العالقة بين :, : n R = 1 n = 1... ZnO(s) + CO(g) Zn(s) + CO (g) Δn = n - n R = 1-1 = 0 المعادلة الثانية : التعبير عن ثابت اإلتزان العالقة بين :, المعادلة الثالثة : = [ CO ] [ CO] التعبير عن ثابت اإلتزان :

40 77 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي = (RT) = (RT) = Δn 0 n R = 0 n = CaCO (s) CaO(s) + CO(g) = Δn = n - n R = 1-0 = 1 [ CO] = (RT) = (RT) = (RT) Δn 1 : n n R = 0 = AgCl(s) Ag (aq) + Cl (aq) Δn = 0 العالقة بين :, المعادلة الرابعة : التعبير عن ثابت اإلتزان العالقة بين :, المعادلة الخامسة : التعبير عن ثابت اإلتزان : + - = Ag.Cl وال يعبر عن ھذا التفاعل ب ألنه ال يوجد فيه غازات متفاعلة أو ناتجة. المعادلة السادسة : R R n = 5 n = CO(g) + IO 5(s) I (g) + 5CO (g) = Δn = n - n = 6-5 = 1 [ I ].[ CO] [ CO] 5 = (RT) = (RT) = RT 5 Δn 1 التعبير عن ثابت اإلتزان : العالقة بين :,

41 774 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي n R = n = HS(g) + CH 4(g) CS (g) + 4H (g) Δn = n - n R = 5 - = 4 CS. H H S. CH 4 = = (RT) = (RT) Δn المعادلة السابعة : التعبير عن ثابت اإلتزان : العالقة بين :, مثال (٢٠) لديك التفاعل المتزن التالي عند درجة حرارة ºC) 500): -1 H (g) + N (g) NH (g) = 6 10 وإذا كانت التراكيز عند اإلتزان ھي : mol/l H = 0.5 mol/l, NH = 0.05 أ) احسب تركيز ] N] عند اإلتزان ب) احسب قيمة لھذا التفاعل عند نفس درجة الحرارة. كما يلي : [ NH] = [ H ].[ N] [ NH] [ N ] = [ H ]. [ ] [ ] -1 ( ) (0.05) N = (0.5).( ) 10 N = mol/l n R = 4 n = H (g) + N (g) NH (g) = 6 10 = (RT) Δn = - 4 = - Δn = 6 10 ( ) = ( ) = أ) يمكن حساب تركيز ] N] من قيمة : -1 ب) حساب قيمة

42 775 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي Cl (g) : Cl (g) + Cl (g) 5 مثال (٢١) لديك التفاعل المتزن التالي : فإذا علمت أنه عند اإلتزان في حجم قدره (L 10) فإن عدد الموالت ( n Cl = mol, n ) 5 Cl = mol, n Cl = mol احسب قيمة لحساب قيمة لھذا التفاعل. نوجد التراكيز كما يلي : [ Cl 5 ] = = [ Cl ] = = [ Cl ] = = : [ Cl][ Cl] = [ Cl5 ] ( ) ( ) = (0.0008) - = , للتفاعل المتزن التالي : NO(g) 4 NO(g) ثم نحسب مثال (٢٢) احسب كال من عند درجة حرارة ºC) 5) علما بأن الضغوط الجزئية : ((N O 4 ) = atm, t = atm) نحسب أوال الضغط الجزئي ل NO ألنه ليس معطى : t = (NO 4) + (NO ) = (NO ) (NO ) = = atm (NO )

43 776 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي = ( (NO ) ) (NO 4) (0.815) = (0.565) = = (RT) = (RT) Δn Δn : وبالتالي لحساب ولحساب نتبع العالقة : = ( ) (0.141) = مثال (٢٣) لديك التفاعل المتزن التالي عند درجة حرارة ºC) 450) : NO (g) NO 4(g) = 0.66 إذا علمت أن الضغط الجزئي ل N O 4 ھو atm) 0.1) احسب نحسب أوال الضغط الجزئي ل NO ألنه ليس معطى : NO 4 ( NO ) = ( (NO ) ) = 0.66 ( (NO ) ) ( (NO ) ) ( ) (0.1) 0.66 = ( ) NO 0.1 = = 0.44 atm

44 777 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي = (RT) = Δn Δn -1 (RT) (0.141) = ( ) = (0.141) ( ) = 9.1 ولحساب مثال (٢٤) نتبع العالقة : SO (g) + O (g) SO (g) لديك التفاعل التالي : وعند اإلتزان كانت الضغوط الجزئية كما يلي : ( = 0. atm, = 0.5 atm, = 1.5 atm) SO O total فاحسب قيمة ) (, عند درجة حرارة ).(1100 من مجموع الضغط الكلي ) total ) نحسب الضغط الجزئي لغاز : SO total = SO + O + SO SO = total -( SO + O ) SO = ( ) = 0.7 atm SO SO SO O = ( ) ( ) ( ) ( 0.7) = (0.) (0.5) = 15.6 Δn = (RT) = Δn (RT) 15.6 = -1 ( ) = 15.6 ( ) = نحسب قيمة وإليجاد قيمة كما يلي : نتبع العالقة :

45 778 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال (٢٥) لديك التفاعل التالي المتزن : HO(L) HO(g) H O= atm عند درجة حرارة 5 ºC احسب قيمة, R n = 0 n = 1 HO(L) HO(g) Δn = 1-0 = 1 = = H O = (RT) = (RT) Δn Δn = ( ) 1 = : حساب قيمة ولحساب مثال (٢٦) نتبع العالقة : H (g) + S(g) HS(g) = لديك التفاعل التالي : عند درجة حرارة ºC) (55 وكانت التراكيز عند اإلتزان [H ] = 0.00 M, [S] = M احسب تركيز S] [H = [ ] [ ] [ ] [ ] من قانون ثابت اإلتزان يمكن حساب تركيز [S H] كما يلي : [ HS ] [ H ].[ S] [ HS] = (0.00) (0.001) 8 H S = (.6 10 ) (0.00) (0.001) H S = (.6 10 ) (0.00) (0.001) H S = H S = 0.0 mol/l 8 -

46 779 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال (٢٧) لديك التفاعل التالي : ο CHOH(g) CO(g) + H (g) = at (75 C) احسب قيمة للتوازن عند درجة حرارة ºC) 75). من العالقة : n R = 1 n = CHOH(g) CO(g) + H (g) = (RT) = = Δn = - 1 = Δn ( ) (RT) = يمكن حساب قيمة مثال (٢٨) سخنت كربونات الكالسيوم عند ºC) 800) في إناء مغلق : CaCO (s) CaO(s) + CO (g) ووجد أن الضغط داخل الحيز قد ثبت atm) 0.6) فكم تركيز ثاني أكسيد الكربون CO = (CO) = 0.6 = (RT) Δn 0.6 = ( ) = ( ) 0.6 = بتطبيق العالقة : وبتطبيق العالقة :

47 780 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ولحساب تركيز ] [CO نطبق العالقة : CaCO (s) CaO(s) + CO (g) = CO [ ] [ ] - CO = mol/l مثال (٢٩) ο H (g) + N (g) NH (g) لديك التفاعل التالي : C) = at (47 (R = 0.08 L.atm/. mol) R R احسب قيمة ) ) للنظام المتزن علما بأن n = 4 n = H (g) + N (g) NH (g) Δ n = n - n = - 4 = - = (RT) Δn = ( ) = ( ) = =. 10 CO (g) + C(s) - CO(g) بتطبيق العالقة : مثال (٣٠) لديك التفاعل التالي : وعند درجة حرارة ºC) 760) كان الضغط الكلي atm) ) t =.048 فإذا علمت أن الضغط الجزئي ألول أكسيد الكربون ھو atm) ) CO = 1.7 احسب كال من, نحسب من المعطيات الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون ) (CO كما يلي : total = CO + CO CO = total - CO CO = = 0.48 atm CO

48 781 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي = ( ) (CO) (CO ) ( ) (1.7) = (0.48) = 8.0 = (RT) Δn 8. = ( ) 8. = ( ) = : وبالتالي فإن ولحساب قيمة مثال (٣١) نتبع العالقة : سخنت كمية من كلويد األمونيوم الصلب في إناء حجمه (L 5) الى ºC) 500) وعند اإلتزان التالي : NH4Cl(s) NH (g) + HCl(g) وجد أن كمية األمونيا ) (NH تساوي mol) ) احسب قيمة ثابت اإلتزان ) ) للتفاعل. NH4Cl(s) NH من المعادلة : HCl(g) (g) + فإن تركيز ] [NH المتكون يساوي تركيز [HCl] ألن كالھما يشكالن في المعادلة نفس عدد الموالت : NH4Cl(s) NH (g) + HCl(g) 1 mol وبما أن الناتج من النشادر ھو mol) ) فإن الناتج من (HCl) ھو mol) ): [ NH ] = [ HCl ] = = 0.4 mol/l 5 ويمكن حساب للتفاعل السابق كما يلي : = NH.HCl [ ] [ ] = = 0.16 مثال (٣٢) إذا كان خليط من غازي NO N O 4 في حالة اتزان عند درجة حرارة ºC) 5) : NO(g) 4 NO(g) وكان الضغط الكلي عند اإلتزان atm) 0.844) والضغط الجزئي لغاز N O 4 ھو atm) 0.565) احسب قيمة 1 mol

49 78 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي لحساب قيمة ال بد من معرفة الضغط الجزئي ل NO وذلك من العالقة : = + ( NO ) ( NO ) ( ) ( ) total NO NO = (NO ) = = atm = = ( (NO ) ) ( (N O ) ) 4 ( 0.815) ( 0.565) = : وبالتالي فإن قيمة مثال (٣٣) إذا كان الضغط الكلي للتفاعل التالي عند اإلتزان ھو atm).04) عند ºC) 760) : CO (g) + C(s) CO(g) احسب للتفاعل إذا كان الضغط الجزئي ألول أكسيد الكربون عند اإلتزان atm) 1.79). في ھذه المسألة عرف الضغط الجزئي ألحد الغازين والضغط الكلي للغازين وبالتالي لحساب الضغط الجزئي لغاز ثاني أكسيد الكربون نتبع العالقة : t = (CO ) + (CO) (CO ) = t - (CO) = (CO ) = 0.5 atm (CO ) ( ) (CO) = (CO ) (1.79) = (0.5) = 1.8 : وبالتالي لحساب

50 78 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي H (g) + N (g) ºC) (500 في حجم L) (1 فاحسب كال مثال (٣٤) في نظام متوازن من الھيدروجين والنيتروجين والنشادر : (g) NH - n H = mol - n N = mol -5 n NH = mol atm) (1.6 عند وجد أن كميات المواد فيه ھي : فإذا علمت أن ضغط ھذا النظام يساوي من, تراكيز ھذه المواد عند اإلتزان ھي نفسھا عدد الموالت بسبب أن حجم الوعاء يساوي لتر واحد وبالتالي فإن : - [ H ] = M - [ N ] = M -5 [ NH ] = M ولحساب : = [ NH] [ H ] [ N ] = -5 ( ) - - ( ) ( ) = = (RT) Δn = 0.058( ) = ( ) = = ونحسب من العالقة :

51 استخدامات ثابت الا تزان 784 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي Use of Equilibrium Constant (١ س) ما أھمية معرفة قيمة ١) التنبؤ باالتجاه الذي سيسلكه تفاعل ما للوصول الى حالة اإلتزان. ٢) معرفة التراكيز األصلية وكذلك التراكيز عند اإلتزان للمواد المتفاعلة والناتجة في النظام المتوازن. التنبو باتجاه التفاعل rediting the Diretion of Reation لمعرفة ما إذا كان التفاعل في حالة توازن أو ال نوجد قيمة حاصل اإلتزان (رائز التفاعل) Q. ونقارنھا ب (Reation Quotient) تعريف حاصل التفاعل (رائز التفاعل Q) : ھو قيمة افتراضية لثابت اإلتزان تحسب في لحظة ما خالل التفاعل للتنبؤ بوصوله الى حالة اإلتزان. العلاقة بين (Q,) سي إذا كانت : أ) : Q = فإن النظام في حالة توازن وتركيز النواتج والمتفاعالت ستبقى ثابتة. <Q ) فإن النظام ليس بحالة توازن وتراكيز النواتج أعلى من تراكيزھا عند ب) عندما تكون ) الى اليسار (النواتج) ويتجه التفاعل من اليمين اإلتزان اإلتزان لذلك تتناقص للوصول الى (المتفاعالت). فإن النظام ل في حالة توازن وتراكيز النواتج أقل من تراكيزھا ج) عندما تكون ( Q< ) عند اإلتزان لذلك تتزايد للوصول الى اإلتزان ويتجه التفاعل من اليسار (المتفاعالت) الى اليمين (النواتج). جدول (٨) : الملخص للعالقة بين, Q المقارنة = Q < > Q Q كميات المتفاعلات والنواتج ال تتغير كميات المتفاعالت والنواتج تزداد كميات المتفاعالت وتقل النواتج تزداد كميات النواتج وتقل المتفاعالت الا تزان ال ينزاح اإلتزان إلى أي جھة ينزاح اإلتزان نحو اليسار ينزاح اإلتزان نحو اليمين Fig. 18 : rediting the diretion of reation. The diretion of net reation deends on the relative values of Q and. Note the movement toward equilibrium hanges the value of Q until it equals, but the value of remains onstant.

52 785 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال (٣٥) إذا علمت أن : (HI) لتفاعل تكوين يوديد الھيدروجين (40 ºC) عند درجة الحرارة = 54. H (g) + I (g) HI(g) وإذا وضعت عند نفس درجة الحرارة كميات معينة من غازي اليود والھيدروجين في إناء حجمه (L.5) ثم وجد بعد فترة من الزمن أن اإلناء يحتوي على mol) 0.018) من ) H) و mol) ) من ) I) و mol) 0.078) من HI فھل النظام في حالة توازن وإذا كان غير ذلك ففي أي اتجاه سيحدث أكثر للوصول الى اإلتزان نحسب أوال تراكيز المواد الموجودة بتحويل الموالت الى تراكيز بالموالرية ومنھا نوجد قيمة Q ثم نقارنھا ب : mol - [ H ] = = mol/l.5 L mol - [ I ] = = mol/l.5 L mol [ HI ] = = 0.04 mol/l.5 L [ HI] Q = [ H][ I] ( 0.04) Q = = ( ) ( ) Q < وبالتالي فإن التفاعل ليس في حالة اتزان وأنه لكي يصير الى حالة اتزان فإن قيمة Q يجب أن تزداد وال تزداد إال بزيادة تراكيز النواتج لذلك فإن التفاعل في ھذه الحالة يسير باالتجاه المباشر (من اليسار الى اليمين) أي من المتفاعالت الى النواتج فيزداد تركيز (HI) ويتناقص تراكيز المواد المتفاعلة الى أن يصير Q = وعندئذ يصل التفاعل الى حالة توازن ويكون معدل حدوثه في اإلتجاھين حينئذ متساو. مثال (٣٦) لديك التفاعل التالي : SO(g) + O(g) SO(g) = 0.14 ( O فإذا علمت أن الضغوط الجزئية : = SO = 0. atm, SO = 0.1 atm) فھل التفاعل السابق متزن أثبت ذلك. أوال : نحسب قيمة ونقارنھا ب Q كما يلي :

53 786 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ( ) SO Q = ( SO ) ( O ) (0.1) Q = (0.) (0.) Q = 1.5 وبالتالي فإن ) Q) > وبالتالي فإن التفاعل غير متزن ولكي يصل الى اتزان ال بد ل ) Q) = أي يجب أن تنخفض قيمة Q وحتى تنخفض فإن التفاعل يسير في اتجاه اليسار (المتفاعالت). مثال (٣٧) لديك وعاء حجمه (L ) يحدث فيه تفاعل ثابت اتزانه (7. = ) : CO(g) + H (g) CHOH(g) أ) إذا احتوى المزيج اإلبتدائي على : M [CO] = 0.80 M, [H ] = 1.5 ب) في أي اتجاه سينزاح النظام إذا احتوى على : ( n CH OH = 0.90 mol, n CO= 0.45 mol, n H = 0.45 mol) أ) في البداية فإن اتجاه التفاعل ينزاح الى اليمين (النواتج) أي نحو تكون الميثانول CH OH ب) لمعرفة اتجاه اإلتزان نحسب التراكيز أوال ثم نحسب : Q nchoh 0.90 [ CHOH ] = = = 0. mol/l V nco 0.45 [ CO ] = = = 0.15 mol/l V nh 0.45 [ H ] = = = 0.15 mol/l V وبالتالي فإن : Q [ CHOH] Q = CO H [ ][ ] Q = (0.) (0.15) (0.15) Q = وبمقارنة قيمة Q و فإن : ) Q) > وبالتالي فإن النظام ليست في حالة اتزان ولكي يتزن ال بد لقيمة Q أن تنقص حتى تساوى وبالتالي فإن النواتج تقل ويتجه التفاعل نحو اليسار (المتفاعالت).

54 787 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال (٣٨) ثابت اإلتزان ) ) عند درجة حرارة ºC) 699) للتفاعل : H (g) + I (g) HI(g) ھو (55.) فإذا تم مزج atm) 0.7) من يوديد الھيدروجين (HI) مع atm) 0.0) من كل من الھيدروجين ) (H واليود ).(I وضح بالحسابات ھل المواد الممزوجة في حالة اتزان. نحسب رائز التفاعل (Q) ثم نقارن قيمته ب : ( HI) (0.7) Q = Q = = 15 ( ).( ) (0.0) (0.0) H I ونالحظ أن Q > لذلك فالمواد ليست في حالة اتزان وحتى يصل التفاعل الى اتزان البد ل Q أن تنخفض بأن ينزاح التفاعل من جھة اليمين (النواتج) الى جھة اليسار (المتفاعالت) لذلك تقل كمية.(H, I ) وتزداد كميات (HI) مثال (٣٩) (0.01 لديك التفاعل التالي : C(s) + CO (g) CO(g) فإذا كان ثابت اإلتزان لھذا التفاعل يساوي (1.8 = ( فإذا خلط (M 0.01) من CO و (C) مع كمية من CO من (M وضح بالحسابات ھل المواد في حالة اتزان. نحسب رائز التفاعل ثم نقارنه ب (Q) كما يلي : [ CO] Q = CO [ ] (0.01) Q = (0.01) Q = 0.01 ويالحظ أن ) Q) < لذلك فالمواد ليست في حالة اتزان ولكي تتزن ال بد لقيمة Q أن تزداد حتى تصل الى قيمة ولكي تزداد Q ينزاح اإلتزان نحو اليمين (النواتج) لذلك تزداد كمية CO وتقل كميتا C, CO مثال (٤٠) H (g) + I (g) لديك التفاعل التالي : HI(g) فإذا علمت أن ثابت اإلتزان فھل النظام في حالة اتزان. أثبت ذلك. (4.5 = ) فإذا مزجت المواد التالية في لتر : n = mol, n = 1mol, n = mol ( H I HI )

55 788 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي Q = [ HI] [ H ][ I ] () Q= = 4.5 ()(1) لذلك فالتفاعل في حالة اتزان وال يحدث تفاعل أي أن كميات المواد : NO (g) NO 4(g) نحسب قيمة Q ثم نقارنھا ب وبالتالي فإن ) ( Q = المتفاعلة والناتجة ال تتغير. مثال (٤١) لديك التفاعل التالي : فإذا علمت أن ثابت اإلتزان له (170 = ) فإذا وضع في إناء سعته (L 10) كمية قدرھا : n = 0.00 mol, n = mol ( NO N O ) 4 ھل النظام في حالة اتزان أثبت ذلك. نوجد قيمة Q ونقارنھا ب مع مالحظة تحويل الموالت الى تراكيز : [ NO 4] Q = [ NO ] ( ) Q = ( 0.00/10) ( ) Q = (0.000) Q= 750 وبالتالي فإن : Q > لذلك حتى يتزن النظام ال بد أن تنخفض قيمة Q وذلك بأن يسير التفاعل نحو اليسار (المتفاعالت) لذلك تقل كميات ) 4 (N O وتزداد كميات ) (NO. مثال (٤٢) تطبيقات على حساب تراكيز المواد المتفاعلة ا و الناتجة عند الا تزان بمعلومية ثابت الا تزان يمكن تحضير الھيدروجين من اختزال الماء بأول أكسيد الكربون طبقا للمعادلة التالية: CO(g) + HO(g) CO (g) + H (g) فإذا وضع mol) 1) من المادتين المتفاعلتين في حيز حجمه 50 L وسمح لھما بالتفاعل عند 1000) ºC) عند فما عدد موالت كل مادة في المزيج عند اإلتزان علما بأن = ) ºC)

56 789 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي أوال نوجد التراكيز اإلبتدائية (األصلية قبل بدء التفاعل) للمواد المتفاعلة : 1 [ CO ] = = 0.0 mol/l 50 1 [ HO ] = = 0.0 mol/l 50 بينما تراكيز المواد الناتجة (قبل بدء التفاعل) : 0 = H CO = [ ] [ ] ولتسھيل نعمل جدوال يبين التراكيز اإلبتدائية والتغيرات في التراكيز أثناء التفاعل والتراكيز النھائية عند اإلتزان كما يلي: CO(g) + H O(g) CO (g) + H (g) التركيز التركيز اإلبتدائي التغير في التركيز التركيز عند اإلتزان = [ CO ].[ H] [ CO ].[ H O] ( X) ( X) CO 0.0 -X 0.0-X (X). (X) 0.58 = (0.0 - X). (0.0 - X) H O 0.0 -X 0.0-X : CO 0 +X X X نطبق قانون 0.58 = (by taking square root) (0.0 - X) 0.58 = (0.0 - X) X ± 0.76 = (0.0 - X) H 0 +X X وبالتالي إليجاد قيمة والرمز ) ± ( يدل رياضيا على إمكانية أن تكون قيمة (X) موجبة أو سالبة ولكن ھذا غير ممكن كيميائيا ألنه ال يوجد تركيز بالسالب وبالتالي سنأخذ القيمة الموجبة فقط ) 0.76): X 0.76 = (0.0 - X) X = 0.76 (0.0 - X) X= ( ) - (0.76 X) X = X X X = X( ) = X (1.76) = X= = 8.64 x

57 790 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي [ ] [ ] [ ] [ ] - CO = H O = X = = CO = H = X = n = M VL n = n = M V = = mol - وبالتالي فإن التراكيز عند اإلتزان ھي : ولحساب عدد الموالت للمواد السابقة نتبع العالقة : CO HO L - n CO = n H = M V L = 8.64 x = 0.4 mol مثال (٤٣) يمكن تحضير الھيدروجين من اختزال الماء بأول أكسيد الكربون طبقا للمعادلة التالية: CO(g) + HO(g) CO (g) + H (g) فإذا وضع mol) 1) من (CO) و mol من (O H) في حيز حجمه 50 L وسمح لھما بالتفاعل عند ºC) 1000) فما عدد موالت كل مادة في المزيج عند اإلتزان علما بأن = 0.58 عند ºC) (1000 أوال نوجد التراكيز اإلبتدائية (األصلية قبل بدء التفاعل) للمواد المتفاعلة : [ ] CO = [ ] 1 = 0.0 mol/l 50 HO = = 0.04 mol/l 50 CO = H = 0 [ ] [ ] بينما تراكيز المواد الناتجة (قبل بدء التفاعل) : ولتسھيل نعمل جدوال يبين التراكيز اإلبتدائية والتغيرات في التراكيز أثناء التفاعل والتراكيز النھائية عند اإلتزان كما يلي: CO(g) + HO(g) CO (g) + H (g) التركيز التركيز اإلبتدائي التغير في التركيز التركيز عند اإلتزان CO 0.0 -X X [ CO ].[ H] = [ CO ].[ H O] H O X X (X). (X) 0.58 = (0.0 - X). ( X) 0.58 = -4 ( X X + 8 x 10 ) ( ) -4 X = 0.58X X X X = 0.58 X X + 8 x 10 X X X = 0 X (1-0.58) X = 0 0.4X X = 0 CO 0 +X X H 0 +X X

58 791 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي وھذه معادلة من الدرجة الثانية بالنسبة للمجھول (X) وھي من النوع : : (ax + bx + C = 0 ) وتحل بالقانون المميز : - b ± b - 4 a X = a 0.4 X X = 0 a b X = X = - b ± b - 4 a a ± (0.048) - 4 (0.4) ( ) X = or X = (0.4) وبأخذ القيمة الموجبة (0.01 = X ( يمكن حساب التراكيز كما يلي : CO = X = = M [ ] [ ] [ ] [ ] H O = X = = 0.08 M CO = H = X = 0.01 M ولحساب عدد الموالت لھذه التراكيز نتبع العالقة : V n = M n = = 0.4 mol CO n = = 1.4 mol HO n = n = = 0.6 mol CO H مثال (٤٤) H (g) + CO (g) H O(g) + CO(g) لديك التفاعل التالي : إذا كانت قيمة 1.59) = ( عند C) (986 فإذا أضيفت الى كمية من بخار الماء ذات ضغط يساوي atm) 5) كميتان من ) (CO و ) H) تجعالن الضغط الجزئي لكل منھما يساوي atm) 0) و atm) 10) على التوالي وذلك عند ºC) 986) فكم تبلغ الضغوط الجزئية للمواد المتفاعلة والناتجة للتفاعل السابق عند حالة اإلتزان نعمل جدول مشابه للجدول الذي عمل للتراكيز إال أنه يعبر عن الكميات بالضغوط H (g) + CO (g) H O(g) + CO(g) التركيز الضغط االبتدائي التغير في الضغط الضغط عند اإلتزان H 10 -X 10 - X CO H O CO 0 5 atm 0 -X +X +X 0 - X 5 + X X

59 79 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ولحساب الضغوط الجزئية نوجد قيمة X باستخدام العالقة التالية : HO. CO = = H CO (5 + X) X ( 10 - X)( 0 - X) 5X + X 1.59 = X - 0 X + 00 ( ) 5 X + X = 1.59 X - 0 X X + X = 1.59 X X + 18 X X + 5X X - 18 = 0 X (1-1.59) + X( ) X X - 18 = 0 a b = 0 أكمل للمسألة السابقة : مثال (٤٥) يمكن تحضير الھيدروجين من اختزال الماء بأول أكسيد الكربون وفقا للمعادلة التالية : CO(g) + HO(g) CO (g) + H (g) فإذا علمت أن ثابت اإلتزان ) ) عند درجة حرارة ºC) 1000) يساوي (0.58 = ) (n = 1 mol, n =1 mol) CO في حيز فإذا وضع mol) 1) من كال المادتين المتفاعلتين H O حجمه (L 50) وسمح لھما بالتفاعل عند ºC) 1000) فما عدد موالت كل مادة في المزيج عند اإلتزان

60 79 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي التركيز التركيز األصلي (قبل بدء التفاعل) التغير في التركيز (أثناء التفاعل) التركيز عند اإلتزان نقوم بعمل جدول يبين التغير في التراكيز كما يلي : CO(g) + HO(g) CO (g) + H (g) [CO] 1/50 = X X [H O] 1/50 = X 0.0 -X [CO ] 0 + X X [H ] 0 + X X بالتعويض بالتراكيز في ثابت اإلتزان : [ CO ].[ H ] (X) (X) = 0.58 = CO. H O (0.0 - X) (0.0 - X) [ ] [ ] X X 0.58 = 0.58 = (0.0 - X) (0.0 - X) X 0.76 = (0.0 - X) X= 0.76(0.0 - X) X = X X X = X ( ) = X = X = X = وبالتالي فإن التراكيز عند اإلتزان : CO = HO = X = = mol/l CO = H = X = mol/l [ ] [ ] [ ] [ ] مثال (٤٦) لديك التفاعل التالي عند ºC) 986): CO(g) + HO(g) CO (g) + H (g) = 1.59 فإذا أضيفت الى كمية من بخار الماء ذات ضغط يساوي atm) 0) كميتان من : ((CO ) = 5 atm) ذات ضغط CO (١ ((CO) = 10 atm) ذات ضغط CO (٢ وذلك عند ºC) 986) فكم تبلغ الضغوط الجزئية للمواد المتفاعلة والناتجة للتفاعل السابق عند حالة اإلتزان.

61 794 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي CO(g) + H O(g) CO (g) + H (g) (H ) 0 + X X الضغط (CO) (H O) (CO ) الضغط الجزئي (قبل بدء التفاعل) التغير في الضغط الجزئي - X - X + X الضغط الجزئي عند اإلتزان - X X 5 + X = ( (H ) O) ( (CO) ) ( (H ) )( (CO ) ) (X)(5+X) 1.59 = (10 - X)(0 - X) وبتطبيق قانون الضغط : 5 X + X 1.59 = (X - 0 X + 00) 5X + X = 1.59(X - 0 X + 00) 5X + X = 1.59 X X X - X X - 5 X + 18 = X X + 18 = 0 - b ± b - 4b X = a 0.59X X + 18 = 0 a b - ( - 5.7) ± (- 5.7) - 4 (0.59) (18) X = (0.59) ± X = ± X = ± 45.0 X = X = = or X = = وباستخدام قانون المميز لحل المعادلة األخيرة :

62 795 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي وسنأخذ القيمة الثانية ل ( X = 6.51) X ألن القيمة األولى ) 8.8 = X ( تجعل القيم X) - (10 و X) (0 سالبة. وبالتالي فإنه يمكن حساب الضغوط الجزئية عند اإلتزان كما يلي : = 10 - X = =.49 atm (H ) = 0 - X = = 1.49 atm (CO ) = 5 + X = = atm (H O) = X = 6.51 atm (CO) Cl (g) مثال (٤٧) تبلغ قيمة ثابت اإلتزان (11.5 = ) للتفاعل : Cl (g) + Cl (g) 5 فإذا وضع غاز Cl 5 في إناء ليتفكك عند ºC) 00) فإذا كان الضغط الجزئي ل Cl 5 عند اإلتزان يساوي atm) 1.5) احسب الضغط الجزئي لكل غاز عند اإلتزان. ثم احسب الضغط الكلي للغازات عند اإلتزان. الضغط الضغط الجزئي (قبل التفاعل) التغير في الضغط الجزئي الضغط الجزئي عند اإلتزان Cl (g) Cl (g) + Cl (g) 5 (Cl 5 ), atm (Cl ), atm 0 - X + X X = 1.5 X = ( (Cl ) ( ) ). (Cl ) ( (Cl ) ) X. X 11.5 = 1.5 X 11.5 = (Cl ), atm 0 + X X نحسب قيمة (X) : X = 11.5 x 1.5 X = 17.5 X = 17.5 X = 4.15 وبالتالي يمكن حساب الضغوط الجزئية كما يلي : = = X = 4.15 atm (Cl ) (Cl ) (Cl ) = 1.5 atm 5

63 796 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي = + + total (Cl ) (Cl ) (Cl ) total total 5 = = 9.8 atm وبالتالي فإن الضغط الكلي : تطبيقات على حساب ثابت الا تزان () بمعلومية تركيز ا حد المواد المتفاعلة ا و الناتجة عند الا تزان. HI(g) H (g) + I (g) مثال (٤٨) يتفكك يوديد الھيدروجين عند ºC) 458) طبقا للمعادلة التالية : فإذا وضع mol) 4) من (HI) في إناء حجمه (L 5) عند ºC) 458) ووجد أن اإلناء يحتوي عند اإلتزان على mol) 0.44) من اليود ) I) فما قيمة ثابت اإلتزان 4 mol HI = = 0.8M mol I = = M 5 [ ] [ ] HI(g) H (g) + I (g) [HI] X X [H ] 0 + X X نوجد تراكيز المواد المعطاة في المسألة : [I ] 0 + X X = 0.44/5 = بعمل الجدول : التركيز التركيز اإلبتدائي التغير في التركيز التركيز عند اإلتزان ومن المعادلة فإن تركيز H و تركيز I متساويان وبما أن تركيز I معلوم عند اإلتزان M يساويه أي فإن تركيز H M = أي أنه عند اإلتزان فإن : mol/l [H ] = [I ] = وبالتالي فإن تركيز HI عند اإلتزان : [HI] = 0.8 X = 0.8 ( ) = 0.6 M ومن قيم التراكيز السابقة يمكن حساب قيمة : C [ H ].[ I] = C [ HI] [ H ] = [ I ] = M, [ HI ] = 0.6M [ H ].[ I] = C [ HI] ( ) ( ) = = ( 0.6)

64 797 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال (٤٩) مزج mol) ( من الھيدروجين ) (H مع mol) ( من اليود ) (I في وعاء سعته L) (10 وعند اإلتزان كانت كمية يوديد الھيدروجين (HI) الناتجة عند اإلتزان mol).6) احسب قيمة ثابت اإلتزان حسب التفاعل التالي : H (g) + I (g) HI(g) H(g)+I(g) HI(g) [H ] /10 = 0. - X 0. - X [I ] /10 = 0. - X 0. - X [HI] 0 + X X = 0.6 ومن الجدول فإن تركيز يوديد الھيدروجين عند اإلتزان : HI = 0.6 التركيز التركيز األصلي (قبل التفاعل) التغير في التركيز (أثناء التفاعل) التركيز عند اإلتزان [ ] ومنه يمكن حساب قيمة X حيث : X = X = X = 0.18 وبالتالي يمكن حساب التراكيز األخرى بعد معرفة قيمة X كما يلي : H = 0. - X = = 0.0 mol/l I = 0. - X = = 0.1 mol/l [ ] [ ] = [ HI] [ H ].[ I] ( 0.6) = (0.0) (0.1) = 54 : وبالتالي يمكن حساب قمة مثال (٥٠) كما يلي إذا وضع مول واحد من الھيدروجين ) H) مع mol) 0.5) من النيتروجين ) N) في وعاء سعته (L 10) فإذا تكون 0.4 mol من النشادر ) (NH عند اإلتزان فاحسب ثابت اإلتزان حسب المعادلة التالية : H (g) + N (g) NH (g)

65 798 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي H (g) + N (g) NH (g) [ NH ] من الجدول فإن تركيز النشادر عند اإلتزان : = 0.04 mol/l التركيز التركيز األصلي (قبل التفاعل) التغير في التركيز (أثناء التفاعل) التركيز عند اإلتزان [H ] 1/10 = X 0.1 X وبالتالي يمكن حساب قيمة X كما يلي : X = X = X = 0.0 وبالتالي فإنه وبعد حساب قيمة X يمكن حساب بقية التراكيز : [ H ] = X [ H ] = (0.0) H = 0.04 [ ] [ N ] [ ] [ ] = X N = N = 0.0 [N ] 0.5/10 = X X [NH ] 0 + X 0.4/10 = 0.04 = X = : [ NH ] [ H ] [ N ] = وبالتالي فإنه يمكن حساب قيمة كما يلي ( 0.04) ( 0.04) ( 0.0) = 8. مثال (٥١) g NH (g) H (g) + N (g) حسب التفاعل التالي : وضع mol) 0.0) من النشادر NH في وعاء حجمه لتر واحد وعند اإلتزان نتج من N احسب للتفاعل (الكتلة الذرية للنيتروجين = 14).

66 799 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي (g N 0.056) الى موالت باتباع العالقة التالية : m N - n = = = 10 mol N N g Mw 14 g/mol NH (g) H (g) + N (g) [NH ] X 0.0 X [H ] 0 + X X ال بد أن نحول وزن وبعمل جدول : التركيز التركيز األصلي (قبل التفاعل) التغير في التركيز (أثناء التفاعل) التركيز عند اإلتزان [ N ] = 0.00M [ ] [ ] [ NH ] : NH = 0.0 X NH = (0.00) = mol/l [N ] 0 + X x10 - = 0.00 = X من الجدول السابق فإن : وبالتالي يمكن حساب بقية التراكيز كما يلي [ H ] [ ] = [ ] = X H (0.00) - H = 6 10 mol/l وبالتالي يمكن حساب للتفاعل كما يلي : NH (g) H (g) + N (g) = [ H ].[ N ] [ NH ] = - ( 6 10 ) ( 0.00) ( 0.016) = مثال (٥٢) (500 CO(g) + H (g) يحضر الكحول الميثيلي حسب التفاعل التالي : OH(g) CH إذا وضع mol) 0.) من CO و mol) 0.4) من H في وعاء حجمه (L) عند درجة حرارة CO من 0.15) mol) ووجد أن المزيج عند حالة اإلتزان يحتوي على ( أ) احسب تركيز كل مادة في إناء التفاعل عند اإلتزان. ب) احسب قيمة ثابت اإلتزان ج ( احسب كميات المواد عند اإلتزان بوحدة المول.

67 800 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي CO(g) + H (g) CH OH(g) التركيز [CO] [H ] التركيز األصلي (قبل التفاعل) = / = / التغير في التركيز (أثناء التفاعل) - X - X التركيز عند اإلتزان X X بعمل جدول للتراكيز : [CH OH] 0 + X X من السؤال يتضح أن تركيز [CO] عند اإلتزان : 0.15 [ CO] = [ CO ] = mol/l وبالتالي فإنه يمكن حساب قيمة X من عمود (CO) في الجدول أعاله كما يلي : X = X = 0.05 mol/l وبالتالي تصبح تراكيز المواد عند اإلتزان كما يلي : CO = mol/l [ ] [ ] [ ] H O = 0. - X = 0. - (0.05) = 0.15 mol/l CH OH = X = 0.05 mol/l = [ CHOH] [ CO ].[ H O] ب) ولحساب قيمة ثابت اإلتزان : (0.05) = (0.075) (0.15) = 14.8 ج) ولحساب كميات المواد عند اإلتزان بالموالت فإنه نتبع العالقة التالية : n = M V n = M V = = 0.15 mol CO CO n = M V = 0.15 = 0. mol HO HO n = M V = 0.05 = 0.05 mol CHOH CHOH مثال (٥٣) عند درجة حرارة ºC) (5 وضع mol) (0.115 من ) (O مع mol) (0.0 من O) (N في وعاء سعته (1L) وسمح لھما بالتفاعل حسب المعادلة التالية : NO(g) + O (g) 4NO (g) فإذا علمت أن عدد موالت NO عند اإلتزان تساوي mol) 0.0) أ) احسب التراكيز عند اإلتزان للمواد المتفاعلة أو الناتجة. ب) احسب قيمة ثابت اإلتزان.

68 801 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي التركيز التركيز األصلي (قبل التفاعل) التغير في التركيز (أثناء التفاعل) التركيز عند اإلتزان [N O] X 0.0 X [ NO ] = 4X = 0.0 4X = 0.0 [O ] X X X من العالقة : [NO ] 0 + 4X 0.0 = 4X نحسب قيمة 0.0 X = = ومن ھنا يمكن حساب التراكيز األخرى كما يلي : N O = X [ ] [ ] [ ] [ ] N O = (0.005) N O = NO = 0.01 mol/l [ O ] [ ] [ O ] = X O = (0.005) = 0.1 mol/l N O(g) + O (g) 4NO (g) = 4 [ NO ] [ NO ].O [ ] 4 ( 0.0) ( 0.01) ( 0.1) = 1.6 = ولحساب للتفاعل مثال (٥٤) لديك التفاعل التالي : N O (g) 4 NO (g) فإذا وضع في إناء حجمه (L 5) كمية قدرھا mol) 0.65) من غاز ) 4 N) O اإلتزان (M 0.075) فاحسب قيمة ثابت اإلتزان لھذا التفاعل. وأصبح تركيزه عند

69 80 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ) (H تساوي بعمل جدول التراكيز: N O (g) 4 NO (g) التركيز [N O 4 ] [NO ] التركيز األصلي (قبل التفاعل) = /5 0 التغير في التركيز (أثناء التفاعل) - X + X التركيز عند اإلتزان = X X نوجد قيمة X من العالقة : = X X = X = 0.05 [ ] [ ] [ NO ] NO = X NO = (0.05) = = = 0.1 mol/l [ NO ] [ NO 4] ( 0.1) ( 0.075) = 0.1 (HI) في إناء حجمه (1L) ووجد عند اإلتزان أن كمية للتفاعل : HI(g) H (g) + I (g) وبالتالي لحساب تركيز ] [NO عند اإلتزان : : وبالتالي لحساب قيمة مثال (٥٥) وضع (1mol) من mol) (0.1 احسب HI(g) H (g) + I (g) التركيز [HI] [H ] [I ] التركيز األصلي (قبل التفاعل) التغير في التركيز (أثناء التفاعل) - X + X + X التركيز عند اإلتزان 1 X 0.1 = X X من الجدول أعاله ومن قيمة تركيز ] H] يتضح أن : [H ] = 0.1 = X وبالتالي فإن التراكيز األخرى :

70 80 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي [ ] [ ] I = X = 0.1 mol/l HI = 1- X = 1 - (0.1) = 0.8 mol/l وبالتالي فإن قيمة : [ H ].[ I] = [ HI] ( 0.1)( 0.1) = ( 0.8) = مثال (٥٦) وضع mol) 0.0) من غاز ) (COCl في إناء سعته (L 1.5) وسخن الى ( 800) وعند COCl وجد أن ضغط الغاز (CO) يساوي (0.496) (g) CO(g) + Cl اإلتزان: (g) احسب قيمة ثابت اإلتزان نحسب عدد موالت CO من قانون الغاز المثالي : V = n RT CO CO COV n CO = RT n CO = n CO = mol CO عند اإلتزان : V = n RT CO CO COV n CO = RT n CO = n CO = mol [CO] عند اإلتزان كما يلي : [ ] [ ] [ ] n CO CO = VL mol CO = 1.5 L CO = mol/l لحساب عدد موالت ونوجد تركيز

71 804 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي وبعمل جدول التراكيز : COCl (g) CO(g) + Cl (g) التركيز [COCl ] [CO] [Cl ] التركيز األصلي (قبل بدء التفاعل) = / التغير في التركيز (أثناء التفاعل) - X + X + X التركيز عند اإلتزان X = X X من الجدول فإن : [CO] = [Cl ] = = X ومن حساب قيمة X يمكن حساب تركيز ] [COCl : COCl = X [ ] [ ] [ COCl ] COCl = = = = mol/l وبالتالي يمكن حساب قيمة ثابت االتزان للتفاعل : CO Cl [ ][ ] [ COCl ] ( ) ( ) (0.015) = نحسب أوال (Δn) : n R = 1 n = COCl (g) CO(g) + Cl (g) = (RT) Δn = n - n = - 1 = 1 Δn R = ( ) = 0.98 ( n NO = 0.1mol, n H = 0.05 mol, n H O = 0.1 mol) ولحساب ثابت اإلتزان ثم نتبع القانون : مثال (٥٧) وضع مزيج يتكون من : في إناء حجمه (L ) وكانت معادلة التفاعل ھي : NO(g) + H (g) N (g) + HO(g) وكان عدد موالت (NO) عند اإلتزان mol) 0.07) أ) إحسب تراكيز المواد عند اإلتزان. ب) إحسب قيمة ثابت اإلتزان

72 805 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي NO(g) + H (g) N (g) + H O(g) بعمل جدول التراكيز: التركيز [NO] [H ] [N ] [H O] التركيز األصلي (قبل بدء التفاعل) = / = / 0 = / التغير في التركيز (أثناء التفاعل) - X - X + X + X التركيز عند اإلتزان X X X X في المسألة أعطينا [NO] عند اإلتزان ويساوي mol) 0.07) وبتحويلھا الى تركيز : 0.07 mol [ NO ] = = 0.05 mol/l L وھذه القيمة تساوي (X 0.05) وبالتالي يمكن حساب قيمة X كما يلي : X = 0.05 X = X = X = وبالتالي فإنه يمكن حساب بقية التراكيز كما يلي : NO = 0.05 mol/l [ ] [ ] [ ] [ ] H = X= (0.0075) = 0.01 mol/l N = X = mol/l H O = X = (0.0075) = mol/l = [ N][ HO] [ NO] [ H ] (0.0075) (0.065) = (0.05) (0.01) = : ولحساب قيمة مثال (٥٨) عن د تس خين mol) 0.) م ن غ از (NOBr) ف ي وع اء حجم ه لت ر واح د عن د ºC) 77) كان ت نس بة تفكك ھذا الغاز عند اإلتزان (9.4%) طبقا للمعادلة التالية : NOBr(g) NO(g) + Br (g) احسب قيمة ثابت اإلتزان.

73 806 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي NOBr(g) NO(g) + Br (g) التركيز [NOBr] [NO] التركيز األصلي (قبل بدء التفاعل) 0. 0 بعمل جدول التراكيز : [Br ] 0 - X التغير في التركيز (أثناء التفاعل) + X + X التركيز عند اإلتزان 0. X X X بما أن تركيز [NOBr] يساوي mol/l) 0.) وبما أن عدد موالت (NOBr) اإلبتدائية = mol 0. وبما أن التفكك منھا فقط ھو % 9.4 لذلك فإن عدد موالت (NOBr) الناتجة من التفكك : ( moles of NOBr before reation ) ( erent of NOBr formed) n = NOBr 0. mol 9.4 n NOBr = 100 n = mol NOBr 100 : X X = X = X= mol وھذه القيمة تعادل (X) وبالتالي لحساب وھذا العدد من الموالت يعبر أيضا عن التركيز ألن حجم الوعاء يساوي : 1 L [X] = / 1 = mol/ L وبالتالي يمكن حساب التراكيز عند اإلتزان كما يلي : [ NOBr ] = 0. - (0.0094) [ NOBr ] = mol/l [ NO ] = X = (0.0094) [ NO ] = mol/l [ Br ] = X [ Br ] = mol/l ويمكن حساب حينئذ للتفاعل : NOBr(g) NO(g) + Br (g) = [ NO] [ Br ] [ NOBr] ( ) ( ) ( 0.181) = =

74 807 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي (400 ºC) مثال (٥٩) وضعت عينة مقدارھا mol) 0.05) من غاز ) (COCl في وعاء سعته (L 1.0) عند CO(g) + Cl (g) عند اإلتزان تحلل 16% من COCl حسب المعادلة : COCl (g) احسب ثابتي اإلتزان, عند 400 ºC COCl (g) CO(g) + Cl (g) التركيز [COCl ] [CO] [Cl ] التركيز األصلي (قبل بدء التفاعل) التغير في التركيز (أثناء التفاعل) - X + X + X التركيز عند اإلتزان X X X n = COCl COCl نحسب عدد موالت COCl المتفككة كالتالي : ( moles of COCl before reation) ( erent of COCl formed) 0.05 mol 16 n COCl = 100 n = mol 100 وھذه القيمة ھي نفسھا تركيز ] [COCl اإلبتدائي ألن حجم الوعاء يساوي (L 1). ولحساب التراكيز : [ COCl ] = X [ COCl ] = [ COCl ] = 0.01 M [ CO ] = [ Cl ] = X = mol/l وبالتالي فإن قيمة : [ CO][ Cl ] = [ COCl ] ( 0.004)( 0.004) = (0.01) = ولحساب قيمة من العالقة : n R= 1 n = COCl (g) CO(g) + Cl (g) = (RT) Δn = n- n R= - 1 = 1 Δn -4 = ( ) = 0.04

75 808 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال (٦٠) وجد أن mol) 0.05) من غاز ) 4 N) O في وعاء حجمه لتر واحد تفكك بنسبة % 14.1 NO(g) 4 NO(g) 5ºC طبقا للمعادلة : ٢) قيمة كل من, ١) تركيز مواد التفاعل عند اإلتزان احسب : ونسبة N O (g) 4 NO (g) التركيز [N O 4 ] [NO ] التركيز األصلي (قبل بدء التفاعل) التغير في التركيز (أثناء التفاعل) - X + X التركيز عند اإلتزان X X عند n = NO 4 4 [ ] N O 4 المتفككة 14.1% وھذه النسبة بالموالت ھي : moles of N O before reation erent of N O formed ( ) ( ) - n NO = = mol NO - 4 N O = = = mol/l n V 1L [ NO 4] [ 4] [ N O ] 4 = X N O = = 0.04 mol/l 100 وھذه كمية N O 4 المتفككة وھي نفسھا قيمة X وبالتالي فإن تراكيز المواد عند اإلتزان : [ ] NO = X = = mol/l [ ] [ ] 4 ( ) ( ) NO = = = N O 0.04 R n = 1 n = N O (g) NO (g) 4 Δn = - 1 = 1 = (RT) Δn - = ( ) = ولحساب ولحساب نتبع العالقة : نتبع العالقة :

76 809 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي HI(g) H (g) + I (g) مثال (٦١) يتفكك يوديد الھيدروجين عند ºC) 458) طبقا للمعادلة التالية: فإذا وضع mol) 4) من (HI) في إناء حجمه (L 5) عند ºC) 458) ووجد أن اإلناء يحتوي عند اإلتزان على mol) (n(i ) = 0.44 فما قيمة ثابت اإلتزان HI(g) [HI] 4/5 = X 0.8 X H (g) + I (g) [H ] 0 + X X [I ] 0 + X 0.44/5 = 0.09 = X ومن الجدول فإن قيمة التركيز التركيز األصلي (قبل بدء التفاعل) التغير في التركيز (أثناء التفاعل) التركيز عند اإلتزان (0.09 = X) وبالتالي يمكن حساب التراكيز عند اإلتزان كما يلي : [ HI ] = X = (0.09) = 0.6 H = I = 0.09 [ ] [ ] = [ H ].[ I] [ HI] (0.09) (0.09) = = 0.01 (0.6) : ولحساب قيمة مثال (٦٢) يتفاعل mol) 0.5) من الھيدروجين مع mol) 0.18) من اليود في مفاعل (وعاء التفاعل) حجمه (L 1) عند درجة حرارة ºC) 465) فإذا تكون mol) 0.08) من يوديد الھيدروجين عند اإلتزان : H (g) + I (g) HI(g) عند درجة حرارة ºC) (465 احسب, لھذا التفاعل. التركيز التركيز األصلي (قبل بدء التفاعل) التغير في التركيز (أثناء التفاعل) التركيز عند اإلتزان H (g) + I (g) [H ] X 0.5 X HI(g) [I ] X 0.18 X [HI] 0 + X X = 0.08 وبالتالي فإن قيمة X يمكن أن تحسب من الصف األخير (من عمود ([HI] كما يلي :

77 810 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي X = X = X = وبالتالي يمكن حساب تراكيز المواد األخرى عند اإلتزان : [H ] = = [I ] = = 0.06 [HI] = 0.08 وبالتالي فيمكن حساب قيمة كما يلي : [ HI] = H I [ ][ ] (0.08) = (0.096) (0.06) = 8 R n = n = H (g) + I (g) HI(g) Δn = 0 = (RT) = (RT) = = 8 Δn 0 : ولحساب قيمة مثال (٦٣) وضع atm).0) 57 من غاز الكلور مع atm) 0.56) من غاز أول أكسيد الكربون في إناء وحدث بينھما تفاعل وعند اإلتزان كان الضغط الكلي لمزيج الغازات المتفاعلة والناتجة ھو atm) 0.7) فاحسب ثابت اإلتزان علما بأن التفاعل الحادث تمثله المعادلة التالية : CO(g) + Cl (g) COCl (g) في ھذه المسألة سنعامل الضغوط تماما كمعاملة التراكيز كما في المسائل السابقة. CO(g) + Cl (g) COCl (g) الضغط الضغط األصلي (قبل بدء التفاعل) التغير في الضغط (أثناء التفاعل) الضغط عند اإلتزان (CO) X X (Cl ) X X (COCl ) 0 + X X

78 811 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي وفي المسألة فقد أعطينا الضغط الكلي عند اإلتزان وحسب قانون دالتون للضغوط الجزئية فإن ھذا الضغط الكلي ھو عبارة عن مجموع الضغوط الجزئية للغازات المتفاعلة والناتجة عند اإلتزان : = + + ( ) ( ) ( ) t (CO) (Cl ) (COCl ) ( ) ( ) ( ) 0.7 = X X + X 0.7 = X X + X 0.7 = ( ) + (-X - X + X) 0.7 = X X = X = 0.4 ومن قيمة X فإنه يمكن إيجاد قيمة الضغوط عند اإلتزان : = X (CO) = (CO) = 0.16 atm (CO) = X (Cl ) = (Cl ) = 0.17 atm (Cl ) = X (COCl ) = 0.4 atm = (COCl ) (COCl ). (CO) (Cl ) (0.4) = (0.16) (0.17) = 14.7 : وبالتالي يمكن حساب مثال (٦٤) NO (g) حسب التفاعل التالي : (g) NO(g) + O وضع atm) 1) من NO في دورق عند درجة حرارة T وبعد أن وصل الى حالة اتزان أصبح الضغط داخل الدورق atm) 1.4) احسب

79 81 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي الضغط (NO ), atm (NO), atm (O ), atm الضغط الجزئي (قبل بدء التفاعل) التغير في الضغط الجزئي - X + X + X الضغط الجزئي عند اإلتزان X 1 X X ( ) ( ) ( ) = + + t (NO ) (NO) (O ) ( ) ( ) ( ) 1.4 = 1 - X + X + X 1.4 = 1 - X + X + X 1.4 = 1 + X X = ووفقا لقانون دالتون للضغوط الجزئية فإن : X = 0.4 وبالتالي يمكن إيجاد ضغوط الغازات عند اإلتزان : = 1 - X (NO ) (NO ) (NO ) ( ) =1-0.4 = 0. atm = X (NO) = 0.4 (NO) = 0.8 atm (NO) = X (O ) = (O ) = 0.4 atm ( (NO) ). ( (O ) ) ( (NO ) ) (0.8) (0.4) = = 6.4 (0.) وبالتالي يمكن حساب قيمة كاآلتي :

80 81 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي (S =, O = 16, مثال (٦٥) سخن إناء حجمه لتر واحد حتى º) 75) ووضع فيه (g.509) من :SO Cl SOCl (g) SO (g) + Cl (g) ١) احسب الضغط الكلي داخل اإلناء قبل تفكك SO Cl (الكتل الذرية : Cl = 5.5 ٢) احسب قيمة علما بأن الضغط عند اإلتزان atm) 1.4) (١ الضغط الكلي في اإلناء قبل تفكك SO Cl يقصد به ضغط : SO Cl وبتطبيق القانون العام للغازات : V= n RT SO Cl SO Cl m SOCl RT nsocl RT Mw SO Cl SOCl = SOCl = V V SOCl = SOCl = 0.799atm 0.8atm 1 لحساب قيمة نضع جدوال من أجل حساب الضغوط الجزئية عند اإلتزان : الضغط الضغط الجزئي (قبل التفاعل) التغير في الضغط الجزئي الضغط الجزئي عند اإلتزان SO Cl (g) SO (g) + Cl (g) (SO Cl ), atm X X (SO ), atm 0 + X X (Cl ), atm 0 + X X ولحساب قيمة X نحسب الضغط الكلي : total = (SOCl ) + (SO ) + (Cl ) 1.4 = (0.8 - X) + (X) + (X) 1.4 = X + X + X 1.4 = X X = X = 0.6 ومن حساب قيمة X يمكن حساب الضغوط الجزئية كما يلي : (SOCl ) = X (SOCl ) = (SOCl ) = 0.17 atm = = X = 0.6 atm (SO ) (Cl ) (٢

81 814 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ( SO )( Cl ) = ( SOCl ) (0.6) (0.6) = (0.17) =. وبالتالي يمكن حساب مثال (٦٦) كما يلي : وضع في إناء مسخن حتى ( 1100) كميات من غازين بحيث يكون الضغط الجزئي لكل منھما atm) ((SO ) = 1.0 atm, (O ) = 0.5 وعند اإلتزان كان الضغط الكلي للمزيج atm) (1.5 فاحسب ثابت اإلتزان عند ) (1100 وفق المعادلة التالية : SO (g) + O (g) SO (g) SO (g) + O (g) SO (g) الضغط (SO ), atm (O ), atm الضغط الجزئي (قبل التفاعل) التغير في الضغط الجزئي - X - X الضغط الجزئي عند اإلتزان X X في الصف األخير في الجدول ثم نوجد بعدھا الضغوط الجزئية لكل غاز عند t = (SO ) + (O ) + (SO ) 1.5 = 1 - X X + X 1.5 = 1 - X X + X 1.5 = X + X - X 1.5 = X X = X = 0.15 ( ) ( ) ( ) (SO ) = 1 - X (SO ) = (SO ) = 0.7 atm (O ) = X (O ) = (O ) = 0.5 atm (SO ) = X (SO ) = 0.15 = 0. atm (SO ) ( ) (SO ), atm 0 + X X نحسب أوال قيمة X اإلتزان : وبالتالي فإن الضغوط الجزئية عند اإلتزان :

82 815 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي = ( SO ) ( SO ).( O ) (0.) = (0.7) (0.5) = 0.55 H (g) + I (g) ويمكن بذلك حساب قيمة مثال (٦٧) حسب التفاعل التالي : كما يلي : HI(g) فإذا وجد عند اإلتزان أن كميات المواد ھي : (n = 0.09 mol, n = 0.05 mol, n = mol) HI H I فأوجد الكمية األصلية للھيدروجين واليود قبل التفاعل. نالحظ في السؤال أن حجم وعاء التفاعل لم يذكر من أجل التعبير بالتركيز لذلك سنعبر في الجدول التفصيلي بعدد الموالت كما يلي : H (g) + I (g) HI(g) التركيز عدد الموالت األصلي (قبل التفاعل) التغير في عدد الموالت عدد الموالت عند اإلتزان n(h ), atm nh - X nh X = 0.05 n(i ), atm ni - X ni X = n(hi), atm 0 + X X = 0.09 نوجد قيمة : X X = X = X = وبالتالي يمكن إيجاد التراكيز األصلية ل ) (H, I : n H - X = 0.05 n H = 0.05 n H = n = 0.07 mol H n - X = I n = I n = I n = 0.05 I

83 816 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال (٦٨) إذا حدث تفاعل بين الھيدروجين والنيتروجين وفق المعادلة التالية : H (g) + N (g) NH (g) وقد وجد أن كميات المواد عند اإلتزان بالمول ھي : (n = 4 mol, n = 9 mol, n = mol) NH H N فأوجد الكمية األصلية للھيدروجين والنيتروجين قبل التفاعل. H (g) + N (g) NH (g) n(h ) nh - X nh X = 9 n(n ) nn - X nn X = عدد الموالت عدد الموالت األصلي (قبل التفاعل) التغير في عدد الموالت عدد الموالت عند اإلتزان n(nh ) 0 + X nnh = X = 4 mol X من العمود الخاص بالنشادر كما يلي : n = X = 4 NH نحسب قيمة 4 X = = وبالتالي يمكن حساب عدد موالت ) (H, N اإلبتدائية : nh - X = 9 nh - = 9 n H - 6 = 9 n H = = 15 n N - X = n N - = n = + N n = 5 N

84 817 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي (١ موضع الا تزان Equilibrium osition ھو تعبير على مدى انحراف أو انزياح اإلتزان الكيميائي ناحية تكوين المواد الناتجة أو ناحية تكوين المواد المتفاعلة. العوامل المو ثرة على ثابت الا تزان الكيمياي ي Fators Affeting Chemial Equilibrium ال تتغير قيمة ثابت اإلتزان الكيميائي إال بتغيير درجة الحرارة فقط. مبدا لو شاتلييه Le Chatelier s rinile وھو مبدأ منسوب الى العالم الفرنسي ھنري لويس لو شاتلييه (١٨٥٠-١٩٣٦ م) والذي توصل إليه عام (١٨٨٤ م) وينص على أنه: "حينما يختل توازن نظام كيميائي معين بفعل مؤثر خارجي فإن ھذا النظام سينحرف موضع اإلتزان فيه نحو اإلتجاه المعاكس لفعل المؤثر الخارجي". وذلك في محاولة إلبطال مفعول ھذا المؤثر الخارجي ومن ثم إعادة اإلتزان مرة ثانية. أو : "إذا أثر مؤثر خارجي (مثل الضغط أو التركيز أو درجة الحرارة) على تفاعل ما في حالة اتزان فإن ھذا التفاعل يسير في اإلتجاه الذي يقلل من تأثير ذلك المؤثر حيث يصل التفاعل الى حالة اتزان جديدة". وھذا المبدأ يمكن القول أنه يقابل قانون نيوتن لألنظمة الميكانيكية والذي ينص على أن : " لكل فعل رد فعل مساو له في القيمة ومعاكس له في اإلتجاه". وتنحصر المؤثرات الخارجية التي قد تؤدي الى اإلخالل باإلتزان في ما يلي: إضافة حافز. ٢) تغيير درجة الحرارة. ٣) تغيير التركيز. ٤) تغيير الضغط..(٢٠ ١) تا ثير ا ضافة العامل المساعد (العامل الحفاز) على موضع الا تزان The Effet of A Catalyst on the osition of Equilibrium أھمية إضافة الحافز ألي تفاعل : يؤدي الحافز الى زيادة سرعة التفاعل نتيجة لخفض طاقة تنشيط التفاعل (شكل ١٩ و التفاعل المتزن كيميائيا فإن إضافة الحافز سيزيد من سرعتي التفاعلين المباشر والمعاكس وفي

85 818 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي شكل (١٩) : مخطط الطاقة لتفاعل كيميائي عكسي في حالة وجود حافز وفي حالة غيابه حيث يختلفان في طاقة التنشيط فقط. Fig. 0 : otential energy rofiles for a reation whose ativation energy is lowered by the resene of a atalyst. The ativation energy for the atalyzed athway (red urve) is lower than that for the unatalyzed athway (blue urve) by an amount Δ Ea. The atalyst lowers the ativation energy barrier for the forward and reverse reations by exatly the same amount. The atalyst therefore aelerates the forward and reverse reations by the same fator, and the omosition of the equilibrium mixture is unhanged.

86 819 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي فيالحظ من الشكل أن حاجز الطاقة للتفاعل المباشر قد انخفض بنفس مقدار انخفاض حاجز الطاقة للتفاعل المعاكس وبالتالي فإن الفرق في طاقة التنشيط بغياب وبوجود حافز للتفاعل المباشر ( ) ΔE af حيث أن : وللتفاعل المعاكس ( ) ΔE ar سيكون متساويا أي: ( ΔE ) = ( ΔE ) af ar وبالتالي "تؤدي إضافة حافز الى تفاعل عكسي ΔE = E - E ΔE = E - E af af af ar ar ar ( ) الى حدوث نفس اإلنخفاض في طاقتي تنشيط التفاعلين المتعاكسين ومنه الى زيادة سرعتي ھذين التفاعلين بنفس المقدار ومنه الى زيادة ثابتي سرعتي ھذين التفاعلين بنفس المقدار األمر الذي يعني أنه ال يؤدي الى تغيير قيمة ثابت اإلتزان" وھذا يعني أن اإلتزان سيبقى كما كان قبل إضافة الحافز فھو ال يغير قيمة ثابت اإلتزان كما أنه ال يغير موقع اإلتزان والنتيجة الختامية ھي أن دور الحافز يقتصر فقط على تقليل الزمن الالزم للوصول الى حالة اإلتزان. مثال (٦٩) التفاعل التالي : HCl CHCOOH(L) + CH5OH(L) CHCOOCH 5(L) + HO(L) ھذا التفاعل قد يتطلب أسابيع لكي يح دث قب ل أن يص ل ال ى حال ة اإلت زان ولك ن عن د إض افة (HCl) والذي يعمل كعامل حفاز فإن ھ ذا التفاع ل يص ل ال ى حال ة اإلت زان ف ي زم ن أق ل بكثي ر وف ي الوق ت نفس ه تبق ى تركي زات الم واد المتفاعل ة والم واد الناتج ة ثابت ة ال تت أثر وال تتغي ر كم ا يبق ى موض ع اإلتزان دون تغير. ٢) تا ثير تغيير درجة الحرارة على الا تزان The Effet of Temerature Change on Equilibrium a يؤدي رفع درجة الحرارة الى زيادة سرعة التفاعل الكيميائي ولقد حددت معادلة أرھينيوس العالقة بين درجة حرارة التفاعل وثابت سرعة التفاعل : Ea ln = ln A - RT = A e - E / RT ومنھا يمكن مالحظة أن قيمة ثابت سرعة التفاعل تتناسب طرديا مع درجة الحرارة. حيث : : ثابت سرعة التفاعل : A ثابت يعرف بمعامل التردد. : E a طاقة التنشيط للتفاعل بوحدة الجول (8.14 J mol -1-1 ) ثابت الغازات العام : R () درجة الحرارة المطلقة بوحدة : T

87 80 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي العلاقة بين ثابت الا تزان () ودرجة الحرارة: تعطى العالقة حسب معادلة فانت ھوف Hoff) (Van t عند ضغط ثابت وحجم ثابت كما يلي : ln = ln = - ΔH RT - ΔE RT حرارة التفاعل عند ضغط ثابت. ο ο + onstant + onstant ο ( ΔH ) أو ) ( = ο ) ΔE ): حرارة التفاعل عند حجم ثابت ( ο ο وعندما 0) = Δn ( فإن ) ΔE ΔH = والمعادلتان السابقتان تبين أن تغيير درجة الحرارة ال بد وأن يغير من قيمة ثابت اإلتزان (). أما الكيفية التي تتغير بھا قيمة () بتغير درجة الحرارة فيمكن تحريھا واستيضاحھا من مبدأ لو شاتلييه لذلك ال بد من معرفة ھل التفاعل طارد للحرارة (exothermi) حيث تكون قيمة ΔH سالبة أم ماصا للحرارة ( ) ( ΔH) حيث تكون قيمة (Endothermi) موجبة. Equilibrium onstants,, for various reations Temerature, 00 H (g) + Cl (g) HCl(g) H (g) + Br (g) HBr(g) H (g) + I (g) HI(g) BrCl Br (g) + Cl (g) HD(g) H (g) + D (g) F(g) F(g) Cl (g) Cl(g) Br (g) Br(g) I (g) I(g)

88 81 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي Fig. 1 : Temerature deendene of the equilibrium onstant for the reation N (g) + H (g) NH (g). Note the is lotted on a logarithmi sale and dereases by a fator of on raising the temerature from 00 to Fig. : a) The ativation energy for an endothermi reation is larger in the forward diretion than in the reverse diretion, so the rate of the forward reation is more sensitive to temerature, and the equilibrium shifts toward roduts as the temerature is raised. b) The oosite is true for an exothermi reation : the reverse reation is more sensitive to temerature. In this ase, the equilibrium shifts toward reatants as the temerature is raised.

89 8 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي مثال (٧٠) CO(g) + H (g) CH 4(g) + HO(g) ΔH = kj المعادلة تبين أن الحصول على الميثان يرافقه حرارة مما يتسبب تغيير درجة الحرارة في إزاحة موضع اإلتزان في اإلتجاه الذي يقلل من أثر ھذا التغيير. ١) فإذا رفعت درجة الحرارة فإن التفاعل ينحرف نحو اليسار مكونا مزيدا من المواد المتفاعلة وممتصا بذلك كمية الحرارة. وھذا يؤدي الى انخفاض قيمة ثابت اإلتزان ٢) إذا خفضت درجة الحرارة فإن اإلتزان سينزاح نحو اليمين مكونا مزيدا من المواد الناتجة ومؤديا الى انطالق مزيد من الطاقة الحرارية للتغلب على النقص الذي أحدث في درجة الحرارة وھذا يؤدي الى ارتفاع قيمة ثابت اإلتزان مثال (٧١) إذا كانت قيمة ثابت اتزان ما =.45 x 10 عند درجة حرارة معينة ثم أصبحت قيمته = ) (.9 عند رفع درجة الحرارة فإن معنى ذلك أن ازدياد درجة الحرارة حرف موضع اإلتزان نحو اليسار. وھذا يعني أن التفاعل طارد للحرارة لذلك اتجه نحو اليسار ليمتص الحرارة الزائدة. ويمكن تبسيط ھذا التأثير لدرجة الحرارة على قيمة ثابت اإلتزان كما يلي : ١) في التفاعالت الماصة للحرارة : aa + bb C + dd ΔH = + سنعتبر كمية الحرارة في التفاعل الماص للحرارة كأنھا أحد المواد المتفاعلة : فحينئذ تكتب المعادلة على الصورة : aa + bb + ΔH C + dd ومن المعادلة السابقة الماصة للحرارة : أ) فإن زيادة درجة الحرارة تجعل اإلتزان ينزاح نحو اليمين (النواتج) فتزداد قيمة ثابت اإلتزان (). ب) بينما انخفاض درجة الحرارة يجعل اإلتزان ينزاح نحو اليسار (المتفاعالت) فتقل قيمة ثابت اإلتزان (). ٢) في التفاعالت الطاردة للحرارة : C + dd aa + bb ΔH = - سنعتبر كمية الحرارة كأنھا أحد المواد الناتجة لذلك يمكن كتابة المعادلة على الصورة : C + dd aa + bb + ΔH ومن المعادلة السابقة الطاردة للحرارة فإن : ١) رفع درجة الحرارة يجعل اإلتزان ينزاح نحو اليسار (المتفاعالت) وبالتالي تنخفض قيمة ثابت اإلتزان. ٢) بينما خفض درجة الحرارة يجعل اإلتزان ينزاح نحو اليمين (النواتج) فتزداد قيمة ثابت اإلتزان.

90 8 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي ويمكن تلخيص أثر زيادة درجة الحرارة أو نقصانھا على موضع اإلتزان وثابت اإلتزان بالجدول (٩): جدول (٩) التا ثير زيادة درجة الحرارة انخفاض درجة الحرارة تفاعلات طاردة للحرارة ينزاح موضع اإلتزان نحو اليسار فتقل تراكيز المواد الناتجة وتقل قيمة ثابت اإلتزان ينزاح موضع اإلتزان نحو اليمين فتزداد تراكيز المواد الناتجة وتزداد قيمة ثابت اإلتزان تفاعلات ماصة للحرارة ينزاح موضع اإلتزان الى اليمين فتزداد تراكيز المواد الناتجة وتزداد قيمة ثابت اإلتزان. ينزاح موضع اإلتزان نحو اليسار فتقل تراكيز المواد الناتجة وتقل قيمة ثابت اإلتزان. أو بشكل أكثر توضيحا : نوع التفاعل طارد للحرارة حالة الا تزان ينزاح اإلتزان نحو اليسار ينزاح اإلتزان نحو اليمين ينزاح اإلتزان نحو اليمين ينزاح اإلتزان نحو اليسار ال يؤثر قيمة ثابت الا تزان تقل تزداد تزداد تقل ال يؤثر (ΔH < 0) ماص للحرارة (ΔH > 0) العامل المو ثر زيادة درجة الحرارة نقص درجة الحرارة زيادة درجة الحرارة نقص درجة الحرارة زيادة درجة الحرارة نقص درجة الحرارة ال ماص وال طارد (ΔH = 0) ٣) تا ثير تغيير التركيز للمواد المتفاعلة ا و الناتجة على موضع الا تزان The Effet of Conentration Change on Equilibrium مثال توضيحي : زيادة كمية الھيدروجين تؤدي الى ازدياد تركيزه في المزيج عما كان عليه عند اإلتزان فينزاح موضع اإلتزان نحو اليمين بينما ثابت اإلتزان لن يتغير ألن النظام يستعيد حالة اإلتزان مرة أخرى لكن بموضع توازن جديد تزداد عنده تراكيز النواتج وتتناقص تراكيز المتفاعالت عما كانت عليه لحظة إحداث تغير في التركيز (شكل ٢٣). شكل (٢٣) : أثر زيادة تركيز الھيدروجين على موضع اإلتزان الكيميائي لتفاعل تكوين يوديد الھيدروجين.

91 84 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي Q = [ HI] [ H ][ I ] وبقياس : Q >Q األمر الذي يحتم انحراف موضع اإلتزان الى اليمين ويستمر ھذا اإلنحراف الى أن نجد أن تصبح : Q = وبنفس الطريقة لو قللت كمية الھيدروجين فإن موضع اإلتزان سينزاح الى اليسار وثابت اإلتزان لن يتغير. مثال توضيحي : Fig. 4 : Effet of onentration hanges on the equilibrium N (g) + H (g) NH (g) An inrease in the N or H onentration or a derease in the NH onentration shifts the equilibrium from left to right. A derease in the N or H onentration or an inrease in the NH onentration shifts the equilibrium from right to left. مثال توضيحي : تتحلل ثيوسيانات الحديد ] [Fe(SCN) في الماء لتعطي محلوال لونه أحمر نسبة لوجود األيونات ) +.(FeSCN أن اإلتزان بين األيون الغير متفكك ) + (FeSCN واأليونات األخرى ) - (SCN و ) + (Fe يعطي بالعالقة : + - FeSCN ( aq ) Fe ( aq ) + SCN ( aq ) عديم اللون أحمر أصفر باھت

92 85 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي إذا أضفنا ثيوسيانات الصوديوم (NaSCN) لھذا المحلول فإن المؤثر الخارجي المستخدم ف ي ھذا النظام المتزن سوف يكون في شكل زيادة في تركيز أيونات الثيوس يانات ) - (SCN (الن اتج من تفكك (NaSCN : + - NaSCN Na + SCN وإلزال ة ھ ذا الم ؤثر الخ ارجي ف إن بع ض أيون ات الحدي د ) + (Fe تتفاع ل م ع أيون ات الثيوس يانات المضافة ) - (SCN األمر الذي ينقل اإلتزان من اليمين الى اليسار: + - FeSCN ( aq ) Fe ( aq ) + SCN ( aq ) عديم اللون أصفر باھت أحمر وبالتالي فإن لون المحلول األحمر يزداد. وبالمثل إذا أضفنا نترات الحديد ] [Fe(NO) للمحلول األصلي: Fe(NO ) Fe + NO + - فإن لون المحل ول األحم ر يتعم ق أيض ا نس بة ألن أيون ات الحدي د ) + (Fe اإلض افية (الناتج ة م ن تحل ل ] ) [Fe(NO سوف ينقل اإلتزان من اليمين الى اليسار أيضا. + - FeSCN ( aq ) Fe ( aq ) + SCN ( aq ) عديم اللون أصفر باھت أحمر افت رض أنن ا أض فنا قل يال م ن حم ض األكس اليك ) 4 H) C O للمحل ول األص لي يتحل ل حم ض - األكساليك في الماء ليكون أيونات األكساالت : C O HCO 4 CO 4 + H - وأيون ات األكس االت تتح د م ع أيون ات الحدي د بق وة لتك ون أيون ات ) 4 Fe(C O المس تقرة ذات اللون األصفر وذلك بإزالة أيونات الحديد الثالثي الحرة من المحلول : Fe + CO4 Fe(CO 4) يستدعي ھذا وحدات إض افية م ن - FeSCN لك ي تتحل ل حت ى تع وض ال نقص ال ذي ح دث ف ي تركي ز أيونات الحديد الثالثي الحرة األمر الذي يدعو اإلتزان لإلنتقال من اليسار الى اليمين. + - FeSCN ( aq ) Fe ( aq ) + SCN ( aq ) عديم اللون أصفر باھت أحمر - وبالتالي فإن لون المحلول يتغير الى األصفر نسبة لتكون أيونات ) 4.Fe(C O وتؤك د ھ ذه التجرب ة وج ود ك ل المتف اعالت والن واتج عن د اإلت زان بش كل ثاب ت ف ي تركيزھ ا زي ادة تراكي ز الن واتج ) - SCN (Fe +, ينق ل اإلت زان ال ى اليس ار بينم ا نج د أن نقص ان تركي ز الن اتج + Fe ينقل اإلتزان الى اليمين. تتفق كل ھذه النتائج مع تنبؤات قاعدة لوشاتلييه. مثال توضيحي : ويمكن أن نرى تطبيقا لمبدأ لوشاتلييه في فھم أصل تآكل األسنان. فميناء األسنان يتكون من مادة عديمة الذوبان تسمى ھيدروكسي أباتيت Ca 5 (O 4 ) OH hydroxyaatite وتسمى عملية إذابة ھذه المادة من األسنان بإزالة المعدن demineralization ويسمى تكوينھا بإعادة التعدين remineralization وفي الفم يوجد اإلتزان التالي :

93 86 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي Ca (O ) OH(s) 5Ca (aq) + O (aq) + OH (aq) demineralization remineralization 4 الذي يتم تثبيته حتى في األسنان السليمة. إال أنه عند امتصاص السكر وتخمره ينتج ) + H) الذي يؤدي الى اختالل اإلتزان أعاله وذلك باتحاد ) + H) مع ) - (OH لتكوين الماء وكذلك اتحاد ) + H) مع.(HO - لتكوين (O - 4 ) 4 ) ذوبان المزيد من Ca (OH -, O - 5 (O 4 ) OH مما يؤدي الى تآكل األسنان. وتسبب إزالة ) 4 وتساعد إضافة الفلور على منع التآكل باستبدال - OH في الھيدروكسي أباتيت فتنتج مادة Ca 5 (O 4 ) F المقاومة تماما لھجوم األحماض. مثال (٧٢) إذا علمت أن ) - 10 ( =.7 x عند درجة حرارة معينة للتفاعل : H (g) + N (g) NH (g) وإذا كانت التراكيز الموالرية عند اإلتزان ھي : = 8.8 M [ H ] [ ] [ NH ] N = 0.68M =1.05 M وإذا سحبت كمية من النشادر بحيث انخفض تركيزه الى (M 0.774) فما أثر ذلك على اإلتزان نحسب قيمة رائز التفاعل Q حيث التركيز تصبح : H = 8.8 M, N = 0.68M, NH = M NH Q = H. N (0.774) - Q = = (8.8) (0.68) Q< وھذا يعني أن التفاعل سينحرف نحو اليمين من أجل الوصول الى حالة اإلتزان من جديد ولكن بموضع توازن مختلف. ويمكن تلخيص أثر زيادة أونقصان التركيز لكل م ن الم واد المتفاعل ة أو الم واد الناتج ة عل ى اإلت زان الكيميائي (الموضع الثابت) عند ثبوت درجة الحرارة بالجدول (١٠) : التا ثير زيادة التركيز انخفاض التركيز المواد المتفاعلة جدول (١٠) ينزاح موضع اإلتزان الى اليمين (النواتج) وال تتغير قيمة الثابت. ينزاح موضع اإلتزان الى اليسار (المتفاعالت) وال تتغير قيمة الثابت. المواد الناتجة ينزاح موضع اإلتزان الى اليسار (المتفاعالت) وال تتغير قيمة الثابت. ينزاح موضع اإلتزان الى اليمين (النواتج) وال تتغير قيمة الثابت.

94 87 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي أو بشكل أكثر وضوحا : العامل المو ثر زيادة تركيز المتفاعالت زيادة تركيز النواتج نقص تركيز المتفاعالت نقص تركيز النواتج حالة الا تزان ينزاح اإلتزان نحو اليمين ينزاح اإلتزان نحو اليسار ينزاح اإلتزان نحو اليسار ينزاح اإلتزان نحو اليمين قيمة ثابت الا تزان ال تتغير ٣) تا ثير تغيير الضغط والحجم على الا تزان Effet of ressure and Volume Changes on Equilibrium يؤدي التغير في الحجم الى تغير في الضغط عند ثبوت درجة الحرارة. لذلك نتوقع بطريقة منطقية أن الزيادة في الضغط الخارجي على نظام ما يجب أن تفضل أي تغيير يؤدي الى حجم أصغر (قانون بويل). وال نتوقع أن يكون للتغيرات في الضغط أي تأثير واضح على موضع اإلتزان في التفاعالت التي بھا جميع المواد المتفاعلة أو النواتج مواد صلبة أو سوائل ألن ھذه المظاھر (الصلبة والسائلة) فعليا غير قابلة لإلنضغاط. إال أنه يمكن أن يكون لتغيرات الضغط تأثيرات بالغة على اإلتزانات المتضمنة لتفاعالت تنتج أو تستھلك غازات. مثال (٧٣) H (g) + N (g) NH (g) n R = 4 n = ١) عند زيادة الضغط فإن التفاعل وفقا لمبدأ لوشاتلييه سينحرف نحو اإلتجاه الذي يزيل أثر الزيادة في الضغط أي في اإلتجاه الذي يقلل من ضغط النظام. ومن التفاعالت أعاله يتضح أن تفاعل ) H) مع ) (NH لتكوين النشادر( (NH يؤدي الى تقليل عدد الجزيئات الغازية في النظام فمقابل تكوين جزيئين من النشادر تختفي أربعة جزيئات من المواد المتفاعلة األمر الذي يسبب خفضا في الضغط وبالتالي فزيادة الضغط تجعل موضع اإلتزان ينزاح نحو اليمين (نحو عدد الجزيئات األقل) أي الى النواتج. ٢) عند تقليل الضغط على النظام سيزيح موضع اإلتزان نحو اليسار ألن ھذه اإلزاحة تؤدي الى زيادة عدد الجزيئات الغازية في المزيج وبالتالي الى زيادة الضغط. توضيح أثر الضغط : نفترض أن الضغط قد ازداد بمقدار يؤدي الى تقليل الحجم الى نصف ما كان عليه (العالقة بين الضغط والحجم عكسية وفقا لقانون بويل) فإن ھذه الزيادة ستجعل تراكيز ھذه المواد ضعف تراكيزھا عند اإلتزان: [ NH] = [ H ]. [ N] ([ NH] ) Q = ( H [ ] ). ( [ N] ) [ NH] Q = [ H ] [ N ] 4 Q = 8 1 Q = 4 Q<

95 88 ا عداد د/ عمر بن عبد ا الهزازي وھذا يعني أن موضع اإلتزان سينحرف الى اليمين إلى أن يصل التفاعل الى حالة اإلتزان من جديد وتصبح عندھا: Q = وبالتالي فإن أثر تغيير الضغط يكون على موضع اإلتزان دون إحداث أي تغيير في قيمة ثابت اإلتزان. Fig. 5 : Qualitative effet of ressure and volume on the equilibrium N (g) + H (g) NH (g) a) A mixture of gaseous N, H, and NH at equilibrium. b) When the ressure is inreased by dereasing the volume, the mixture is no longer at equilibrium Q <. ( ) ) Net reation ours from left to right, dereasing the total number of gaseous moleules until equilibrium is re-established (Q = ). NO(g) + O (g) NO (g) + O (g) مثال (٧٤) زيادة الضغط بمقدار يخفض الحجم الى النصف يؤدى الى مضاعفة تراكيز المواد المتوازنة: [ NO ].[ O] = [ NO ].[ O] ( NO [ ] ) ( O [ ] ) Q = ( NO [ ]) ( O [ ] ) [ NO ].[ O] Q = [ NO ]. [ O ] Q = x Q = وھذا يعني أن زيادة الضغط لن تؤثر على موضع اإلتزان لكون مجموع أسس البسط يساوي مجموع أسس المقام. H (g) + I (g) ونفس الشيء يقال في حالة التفاعل : HI(g) ومن ھنا نستنتج أن أثر زيادة الضغط أو نقصانه على نظام في حالة اتزان لن يكون له أثر على موضع اإلتزان إذا تساوت معامالت المواد الغازية الناتجة مع معامالت المواد الغازية المتفاعلة وذلك في معادلة اإلتزان الكيميائي.