الأسبوع 12 · الباب الثالث (٣): تأثير درجة الحرارة ونظرية التصادم وطاقة التنشيط والضغط وثابت الاتزان Kp وقاعدة لوشاتيليه والعوامل الحفازة والضوء · 3 دروس
الضغط الجزئي · الضغط الذي يعطيه أحد غازات الخليط لو ملأ الوعاء وحده؛ والضغط الكلي هو مجموع الضغوط الجزئيةKp · ثابت الاتزان لتفاعل غازي مكتوب بالضغوط الجزئية بالطريقة نفسها التي تُكتب بها Kcقاعدة لوشاتيليه · إذا اضطرب نظام في حالة اتزان فإنه يتحرك في الاتجاه الذي يقلل التغير جزئيًا
الشرح
في خليط من الغازات يكون لكل غاز ضغط جزئي، والضغط الكلي هو مجموعها، بوحدة atm هنا. وفي اتزانات الغازات يمكن استبدال التراكيز بالضغوط الجزئية، ويكون الثابت Kp ويُكتب مثل Kc تمامًا: للتفاعل N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ تكون Kp = P²(NH₃) ÷ (P(N₂) × P³(H₂)). وعند درجة حرارة واحدة لا تتغير Kp بتغير الضغوط. وقد لخّص لوشاتيليه، وهو عالم فرنسي، إزاحات الاتزان: إذا اضطرب نظام في حالة اتزان بتغير في التركيز أو الضغط أو درجة الحرارة تحرك في الاتجاه الذي يقلل التغير جزئيًا. فإضافة متفاعل أو سحب ناتج يزيحه إلى الأمام. ورفع الضغط يزيحه نحو الجانب الذي فيه عدد أقل من مولات الغاز، ولا يحدث شيء إذا تساوى العدد في الجانبين. ورفع درجة الحرارة يزيحه نحو الاتجاه الماص للحرارة، وخفضها نحو الاتجاه الطارد. والكلمة المهمة هي «جزئيًا»: التغير يقل ولا يزول. وفي النشادر يعطي 4 mol من الغاز (1 + 3) ما مقداره 2 mol، فارتفاع الضغط يرفع مردود NH₃؛ فحجة الضغط تخص المردود لا السرعة.
تنبّأ بالإزاحة. (أ) التفاعل H₂ + I₂ ⇌ 2HI فيه 2 mol من الغاز في كل جانب، فتغيّر الضغط لا يسبب إزاحة. (ب) التفاعل N₂O₄ ⇌ 2NO₂ ماص للحرارة كما هو مكتوب: الانضغاط يزيحه إلى الخلف، نحو الجانب الذي فيه 1 mol، والتسخين يزيحه إلى الأمام. (ج) التفاعل 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ طارد للحرارة: تقليل الحجم، أي رفع الضغط، يزيحه إلى الأمام (3 mol إلى 2 mol)، والتسخين يزيحه إلى الخلف. وكل إجابة جملة واحدة من سبب ونتيجة لا عملية حسابية.
نشاط الفصل
نموذج الغرفتين المزدحمتين، قطع ورقية وصندوقان، مع شخص بالغ. قاعدة كل جولة: يتحرك ربع القطع التي في الغرفة A إلى الغرفة B، ونصف القطع التي في الغرفة B إلى الغرفة A. ابدأ بـ 12 قطعة في A و6 في B: تتحرك 3 في كل اتجاه فلا يتغير شيء (اتزان). أضف الآن 6 قطع إلى B. العب عدة جولات مقرِّبًا إلى عدد صحيح من القطع، وعُدّ A وB بعد كل جولة. شاهد ماذا يحدث: يستقر النظام قرب 16 في A و8 في B. لقد ارتفع عدد B من 6 إلى 12 ثم عاد إلى 8 فقط: التغير قلّ جزئيًا ولم يزل. وهذه هي قاعدة لوشاتيليه.
الاتزان N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (ΔH = −92 kJ) في حالة اتزان. تنبّأ بالإزاحة (إلى الأمام أو إلى الخلف أو لا إزاحة) عند: (أ) سحب NH₃، (ب) تسخين الخليط، (ج) خفض الضغط بتكبير الوعاء.
(أ) إلى الأمام لتعويض NH₃؛ (ب) إلى الخلف لأن التفاعل الأمامي يُطلق حرارة؛ (ج) إلى الخلف نحو الجانب الأكثر مولات من الغاز (4 mol).
4
هل يزيح تغيّر الضغط موضع الاتزان H₂(g) + Cl₂(g) ⇌ 2HCl(g)؟ اذكر السبب.
لا. في كل جانب 2 mol من الغاز، فتغيّر الضغط يؤثر في الجانبين بالقدر نفسه.
