الأسبوع 10 · الباب الثالث «الاتزان الكيميائي» (١): مقدمة الباب والاتزان الفيزيائي (التبخر والتكثف) والتفاعلات التامة والعكسية والاتزان الكيميائي حالة ديناميكية ومعدل التفاعل وما يتوقف عليه وطبيعة المواد المتفاعلة · 3 دروس
2
التفاعلات التامة والعكسية: اتزان ديناميكي
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 3: pp. 53–58
الهدفميّز التفاعلات التامة من العكسية، وصِف الاتزان الكيميائي بأنه توازن ديناميكي بمعدلين متساويين لا بكميتين متساويتين.
كلمات جديدة
تفاعل تام · تفاعل يستمر حتى ينفد أحد المتفاعلات لأن ناتجًا يغادر على صورة غاز أو راسبتفاعل عكسي · تفاعل يمكن أن يسير في الاتجاهين، ويُكتب بالرمز ⇌الاتزان الكيميائي · حالة تفاعل عكسي يتساوى فيها معدلا التفاعل الأمامي والعكسي وتثبت التراكيز
الشرح
بعض التفاعلات تامة. يغادر راسب أو غاز خليط التفاعل فلا يمكن حدوث العكس: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ + 2NaCl (يترسب الصلب BaSO₄) وZn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂ (يهرب الغاز من وعاء مفتوح). وتفاعلات أخرى عكسية، مثل حمض الأسيتيك مع الإيثانول: CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O. فالنواتج يمكن أن تتفاعل لتعطي المتفاعلات من جديد، ويبقى في الخليط حمض، فيظل ورق عباد الشمس الأزرق يحمرّ. وعند الاتزان الكيميائي يتساوى معدل التفاعل الأمامي مع العكسي، وتثبت التراكيز، وتوجد المتفاعلات والنواتج كلها، ما دامت درجة الحرارة والضغط لا يتغيران. وهناك فخان: عند الاتزان ليس الأمر «ساكنًا» لأن التفاعلين مستمران، والكميات ليست بالضرورة متساوية؛ هي فقط ثابتة. والمعادلات هنا للقراءة فقط، ونتناول الإسترات في الفصل الثاني.
أمثلة محلولة
صنّف التفاعلات. BaCl₂ + K₂SO₄ → BaSO₄ + 2KCl: تام لأن الصلب BaSO₄ يغادر المحلول. CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂ في وعاء مفتوح: تام لأن CO₂ يهرب. CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O: عكسي لأن شيئًا لا يغادر الخليط والسهم يشير في الاتجاهين.
الصينية
القطع
احتمال الانتقال
الانتقالات في الجولة
A
9
1/3
3
B
6
1/2
3
معدلان متساويان وكميتان غير متساويتين. في لعبة النرد تنتقل 15 قطعة بين الصينية A والصينية B. تنتقل قطعة من A إلى B عند ظهور 1 أو 2، وتنتقل قطعة من B إلى A عند ظهور 1 أو 2 أو 3. فإذا كان في A تسع قطع وفي B ست قطع كان الانتقال A → B هو 9 × 1/3 = 3 قطع في الجولة، وB → A هو 6 × 1/2 = 3 قطع في الجولة. المعدلان متساويان والكميتان غير متساويتين: 9 و6.
عُدَّ الذرات في الصناديق. يظهر التفاعل N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ في ثلاثة صناديق. في البداية يوجد 2 N₂ و6 H₂، أي 4 ذرات N و12 ذرة H. وفي مرحلة لاحقة يوجد 1 N₂ و3 H₂ و2 NH₃: N = 2 + 2 = 4 وH = 6 + 6 = 12. والأعداد في الصندوقين الأخيرين واحدة: بلغ النظام الاتزان لكن التفاعلين مستمران. والأعداد مخترعة من أجل الصورة.
نشاط الفصل
لعبة القطع والنرد، ورق ونرد فقط. ضع 15 قطعة (أزرارًا أو عملات) في الصينية A ولا شيء في B. في كل جولة ارمِ نردًا لكل قطعة في A: عند ظهور 1 أو 2 انقلها إلى B. وارمِ لكل قطعة في B: عند ظهور 1 أو 2 أو 3 انقلها إلى A. ارمِ النرد للجميع قبل أن تنقل. العب 8 جولات، واكتب عدد القطع في A وB بعد كل جولة، وارسمهما خطين. توقّع أولًا: يجب أن تستقر الأعداد قرب 9 في A و6 في B مع ارتفاعات وانخفاضات صغيرة بينما تستمر القطع في الانتقال. نتائج نردك ستختلف، وهذا طبيعي.
