الأسبوع 11 · الباب الثالث (٢): مساحة السطح والتركيز وقانون فعل الكتلة وثابت الاتزان Kc وما تدل عليه قيمته (نص قصير: أضف أمثلة محلولة ومهام توقع) · 3 دروس
2
قانون فعل الكتلة وثابت الاتزان
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 3: pp. 59–61
الهدفاذكر قانون فعل الكتلة لتفاعل من خطوة واحدة، واكتب Kc لتفاعل عكسي، واحسب Kc من تراكيز الاتزان.
كلمات جديدة
قانون فعل الكتلة · عند درجة حرارة ثابتة يتناسب معدل تفاعل من خطوة واحدة مع حاصل ضرب تراكيز المتفاعلات، كل تركيز مرفوع إلى معاملهثابت سرعة التفاعل k · العدد الذي يربط المعدل بالتراكيز؛ يتغير بتغير درجة الحرارة ولا يتغير بتغير التركيزثابت الاتزان Kc · تراكيز النواتج مضروبة معًا مقسومة على تراكيز المتفاعلات مضروبة معًا، كل تركيز مرفوع إلى معامله، عند الاتزان
الشرح
سُمّي قانون فعل الكتلة نسبة إلى العالمين النرويجيين فاج (Waage) وجولدبرج (Guldberg). في تفاعل يحدث في خطوة واحدة، A + B → C + D، يكون المعدل r₁ = k₁[A][B]: حيث k₁ ثابت سرعة التفاعل والأقواس المربعة تعني التركيز بوحدة mol/L. أما التفاعل ذو الخطوات المتعددة فتُعيَّن قوى التراكيز فيه بالتجربة، فلا نستخدم القانون كما هو مكتوب إلا لتفاعلات الخطوة الواحدة؛ ورسم الكتاب لثيوسيانات الحديد III مكتوب كأنه خطوة واحدة، وهذا تبسيط. وفي التفاعل العكسي A + B ⇌ C + D يكون معدل التفاعل العكسي r₂ = k₂[C][D]. وعند الاتزان r₁ = r₂، فيكون k₁[A][B] = k₂[C][D] ومنها k₁ ÷ k₂ = [C][D] ÷ ([A][B]). وهذه النسبة ثابتة عند درجة حرارة معينة وتُسمى Kc. وعمومًا تكون النواتج في البسط والمتفاعلات في المقام، ويُرفع كل تركيز إلى معامله في المعادلة الموزونة. ضع تراكيز الاتزان لا التراكيز الابتدائية. ونكتب Kc هنا دون وحدات (إضافة: الوحدات تتوقف فعلًا على المعادلة).
التفاعل العكسي
Kc
N₂O₄ ⇌ 2NO₂
[NO₂]² ÷ [N₂O₄]
2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃
[SO₃]² ÷ ([SO₂]² × [O₂])
CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂
([CO₂] × [H₂]) ÷ ([CO] × [H₂O])
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
[NH₃]² ÷ ([N₂] × [H₂]³)
أمثلة محلولة
ƒKc للتفاعل N₂O₄ ⇌ 2NO₂
Kc = [NO₂]² ÷ [N₂O₄] = 0.120² ÷ 0.040 = 0.36
حساب Kc من التراكيز. في التفاعل N₂O₄ ⇌ 2NO₂ تراكيز الاتزان [N₂O₄] = 0.040 mol/L و[NO₂] = 0.120 mol/L. Kc = [NO₂]² ÷ [N₂O₄] = 0.120² ÷ 0.040 = 0.0144 ÷ 0.040 = 0.36. صار المعامل 2 هو القوة 2، والناتج أقل من 1، فكمية N₂O₄ أكبر من مربع تركيز NO₂.
ثلاث مواد. في التفاعل 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ التراكيز [SO₂] = 0.20 و[O₂] = 0.10 و[SO₃] = 0.40 mol/L. Kc = [SO₃]² ÷ ([SO₂]² × [O₂]) = 0.16 ÷ (0.04 × 0.10) = 0.16 ÷ 0.004 = 40. رَبِّع الأعداد أولًا ثم اضرب ما في المقام. وفي CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ بالتراكيز 0.20 و0.30 و0.60 و0.40 mol/L تكون القوى كلها 1: Kc = (0.60 × 0.40) ÷ (0.20 × 0.30) = 0.24 ÷ 0.06 = 4.0.
توقّع معدل. افترض أن لتفاعل من خطوة واحدة معدلًا r = k[A][B]². مضاعفة [B] تضرب المعدل في 2² = 4. ومضاعفة [A] و[B] معًا تضربه في 2 × 2² = 8. وتثليث [A] وحده يضربه في 3. ويصح هذا التوقع لأن التفاعل من خطوة واحدة والقوى هي المعاملات. أما العالِم فيتحقق من قانون المعدل بالتجربة.
نشاط الفصل
عدّ الأزواج بالقطع الورقية، ورق فقط. قصّ 3 قطع ورقية حمراء تمثل A وقطعتين زرقاوين تمثلان B. ارسم خطًا من كل قطعة حمراء إلى كل قطعة زرقاء: تحصل على 3 × 2 = 6 أزواج، وهي صورة لعدد اللقاءات الممكنة وهو ما يتناسب معه المعدل. ثم استخدم 6 قطع حمراء وقطعتين زرقاوين: كم زوجًا؟ ثم 6 حمراء و4 زرقاء؟ اكتب الأعداد الثلاثة في جدول وقارنها بالعلاقة r = k[A][B]. احتفظ بقطعك للدرس التالي.
