مفهوم الاتزان الكيميائي: دراسة توازن التفاعلات الكيميائية

الاتزان الكيميائي

الاتزان الكيميائي (بالإنجليزية: Chemical Equilibrium) يُشير إلى الحالة التي يتم فيها التوازن بين سرعات التفاعلات الكيميائية. يُعتبر التفاعل الكيميائي في حالة الاتزان عندما تتساوى سرعة التفاعل الأمامي مع سرعة التفاعل العكسي. على سبيل المثال، عندما يتفاعل غازا الهيدروجين واليود لإنتاج يوديد الهيدروجين، يمكن تمثيل ذلك بالتفاعل التالي:

التفاعل الأمامي: H2 (g) + I2 (g) ⇌ 2HI (g)

في هذا السياق، يحدث تفاعل الهيدروجين مع اليود عندما يكون كلا العنصرين متاحين بكميات كافية، حيث يبدأ التفاعل بسرعة عالية ثم تنخفض سرعته تدريجياً مع زيادة كمية المنتج (HI). يُلاحظ أن أعلى سرعة للتفاعل الأمامي تتحقق عند وجود أعلى تركيز للمواد المتفاعلة.

التفاعل العكسي: 2HI (g) → H2 (g) + I2 (g)

يمثل هذا التفاعل تحلل يوديد الهيدروجين لإنتاج عناصر الهيدروجين واليود، وهو ما يحدث عكس التفاعل الأمامي. يبدأ التفاعل العكسي عندما يرتفع تركيز المواد الناتجة، حيث تتكسر الروابط ويعاد إنتاج المواد المتفاعلة (الهيدروجين واليود). يتضح أن كلا التفاعلين يحدثان بالتزامن، وعندما تتساوى سرعتيهما، يتحقق الاتزان الكيميائي.

يعتبر الاتزان الكيميائي حالة ديناميكية ومتواصلة، حيث يستمر كل من التفاعل الأمامي والعكسي في الحدوث دون انقطاع حتى عند الوصول إلى حالة الاتزان. لضمان حدوث هذا الاتزان، يجب توافر عدة شروط، وهي كالتالي:

• يجب أن يحدث التفاعل الكيميائي في نظام مغلق، لضمان عدم دخول أي مواد غريبة قد تؤثر في التفاعل أو المواد المشاركة به.
• يجب أن تتساوى سرعة حدوث التفاعل الأمامي مع سرعة حدوث التفاعل العكسي.

ثابت الاتزان

ثابت الاتزان هو مقياس يُستخدم لتحديد تركيزات المواد المتفاعلة والمنتجات عند وصول التفاعل لمرحلة الاتزان. يتأثر ثابت الاتزان بتغير درجة الحرارة، ويُرمز له بالاختصار (Keq). يتم حساب هذا الثابت باستخدام المعادلات التالية:

• التفاعل الكيميائي: aA + bB ⇌ cC + dD

حيث:

• A و B: تمثل المواد المتفاعلة.
• a و b: تعبر عن معامل قياس الكمية من المعادلة الموزونة (أي عدد المولات للمواد المتفاعلة A و B).
• C و D: تمثل المواد الناتجة.
• c و d: تعبر عن عدد المولات للمواد الناتجة C و D.

يتم حساب ثابت الاتزان بناءً على تركيزات المواد الناتجة عند درجة حرارة معينة مقسمة على تركيزات المواد المتفاعلة عند نفس درجة الحرارة، مما يمنحنا نسبة المواد الناتجة إلى المواد المتفاعلة عند الاتزان.

أنواع الاتزان الكيميائي

يمكن تصنيف الاتزان الكيميائي بناءً على الحالة الفيزيائية للمواد إلى نوعين رئيسيين هما:

• الاتزان الكيميائي المتجانس

ويتحقق هذا النوع من الاتزان عندما تكون جميع المواد المتفاعلة والمنتجات في نفس الحالة الفيزيائية، مثل أن تكون جميعها في الحالة الغازية.

• الاتزان الكيميائي غير المتجانس

وفي هذا النوع، تكون المواد المتفاعلة والمنتجات في حالات فيزيائية مختلفة، على سبيل المثال، عندما تكون المواد المتفاعلة في الحالة الصلبة والمواد الناتجة في الحالة الغازية.