كميات الاتزان، الثوابت، وتغير الشروط
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| dynamic equilibrium/daɪˈnæmɪk ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | الاتزان الديناميكي |
| equilibrium constant/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm ˈkɒnstənt/ | ثابت التوازن |
| partial pressure/ˈpɑːʃl ˈpreʃə/ | الضغط الجزئي |
لماذا لا تتساوى سرعات التفاعل مع تساوي التركيز؟
- يمكن لنظام مغلق قابل للعكس الوصول إلى التوازن الديناميكي مع احتوائه على منتجات أكثر بكثير من المتفاعلات. سرعات الأمامية والعكسية متساوية؛ الكميات قد لا تكون كذلك.
- ثابت التوازن يصف تركيبة التوازن لتفاعل معين ودرجة حرارة معينة. اكتب المعادلة أولاً، والمراحل، والاتجاه؛ تغيير المعادلة يغير تعبيره.
بنا التعبير من المعادلة
- بالنسبة لـ $aA+bB\rightleftharpoons cC+dD$، استخدم $K_c=\dfrac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$ مع تراكيز التوازن. تصبح المعاملات أسساً. بالنسبة لـ N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)، التعبير هو $\dfrac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3}$.
- في التعبير اللامتناهي المعتاد، استبعد المواد الصلبة الخالصة والسوائل الخالصة. بالنسبة لـ CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)، $K_c=[CO_2]$ بينما تبقى كلتا المادتين الصلبتين موجودتين. لا يتم استبعاد المذاب المذاب لمجرد كونه محلولاً مائياً. اشتق الوحدات من التعبير الفعلي.
ما هي تعبير Kc المعتاد لتفاعل CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)، بينما يكون كلا الصلبين موجودين؟
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
يتم استبعاد المواد الصلبة الخالصة في التعبير المعتاد، تاركًا [CO₂]. لا يدخل تغيير كمية الصلب في Kc طالما أن الطور المطلوب موجود.
استخدم جدول مولات التوازن قبل القسمة على الحجم
- بالنسبة لـ A(g) + B(g) ⇌ C(g)، ابدأ بـ 0.500 مول من A وB ولا يوجد C في 2.00 dm³. إذا تشكل 0.200 مول C، فإن النسبة 1:1:1 تستهلك 0.200 مول من كل متفاعل: كميات التوازن هي 0.300، 0.300 و0.200 مول.
- اقسم كل كمية على نفس الحجم: $[A]=[B]=0.150\,\dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{dm}^3}$ و$[C]=0.100\,\dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{dm}^3}$. وبالتالي $K_c=\dfrac{0.100}{0.150\times0.150}=4.44\,\dfrac{\mathrm{dm}^3}{\mathrm{mol}}$. لا يمكن استبدال التراكيز الأولية بتراكيز التوازن.
لا يلغي الحجم في كل تعبير. هنا البسط يحتوي على عامل تركيز واحد والمقام يحتوي على اثنين، مما يترك عاملاً واحداً للحجم إجمالاً. بالمقابل، بالنسبة لـ A ⇌ B، Kc = [B]/[A] = n(B)/n(A) في نفس الوعاء وهو بلا وحدة في تعبير المسار.
A(g) + B(g) ⇌ C(g): كميات الاتزان هي 0.300، 0.300 و 0.200 مول في حجم 2.00 dm³. احسب Kc بوحدات dm³ لكل مول.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
تركيزات الاتزان هي 0.150، 0.150 و 0.100 مول لكل dm³. Kc = 0.100/(0.150 × 0.150) = 4.44 dm³ لكل مول. استخدام الكميات فقط سيستبعد عامل الحجم المطلوب.
تحويل كميات الغاز إلى ضغوط جزئية
- الضغط الجزئي هو الكسر المولي × الضغط الكلي: $p_i=\dfrac{n_i}{n_{total}}P$. بالنسبة لـ N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g)، $K_p=\dfrac{p(NO_2)^2}{p(N_2O_4)}$. استخدم وحدة الضغط المحددة؛ هذا المنهج يستخدم atm.
- عند التوازن، 1.00 مول من N₂O₄ و2.00 مول من NO₂ له ضغط كلي 3.00 atm. ضغوطها الجزئية هي 1.00 و2.00 atm، لذا $K_p=2.00^2/1.00=4.00\,\mathrm{atm}$. بالنسبة لتحلل الكربونات، $K_p=p(CO_2)$ بينما كلا الصلبة النقية موجودان.
N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g): كميات التوازن هي 1.00 و2.00 مول، مع ضغط كلي قدره 3.00 atm. أوجد Kp بوحدة atm.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
الكسور المولية 1/3 و2/3 تعطي ضغوطاً جزئية قدرها 1.00 و2.00 atm. Kp = (2.00)²/1.00 = 4.00 atm.
التمييز بين تغير التركيب وتغير الثابت
- عند درجة حرارة ثابتة، يمكن أن يغير التركيز أو الضغط تركيب التوازن لكن لا يغير K. المحفز يسرع الوصول إلى التوازن دون تغيير K أو تركيبه. رفع درجة الحرارة يخفض K للتفاعل الأمامي الطارد للحرارة ويرفع K للتفاعل الأمامي الممتص للحرارة؛ هذا التغير في K يفسر اعتماد التركيب على درجة الحرارة.
- قيمة K كبيرة تفضل النواتج بالنسبة لتعبيرها المعلن؛ لكنها لا تثبت سرعة التفاعل أو انعدام المتفاعلات المتبقية. حيث يتم تزويد العلاقة $\Delta S_{total}=R\ln K$، استخدم K بعد معيارتها بشكل مناسب وبلا وحدة: القيم الموجبة والصفرية والسالبة تقابل K > 1، K = 1 وK < 1. تحقق من درجة الحرارة المعلنة ومعايير الحالة القياسية قبل استخدامها.
لا تأخذ اللوغاريتم لقيمة Kp ذات أبعاد لم يتم تحويلها. لا تضع الضغط الكلي محل كل ضغط جزئي لغاز، ولا تشمل كميات الصلب النقي في التعبير المعتاد، أو تدعي أن المحفز يزيد العائد عند التوازن.
اكتب الأطوار والمعاملات، وأوجد كميات التوازن، ثم احسب التركيز أو الضغوط الجزئية واستنتج K بوحدته. تغيير درجة الحرارة يغير K؛ أما التركيز والضغط والمحافز فلا يغيران قيمته عند درجة حرارة ثابتة.
عند درجة حرارة ثابتة، فإن إضافة محفز تزيد من ثابت التوازن.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
تصبح كلا الاتجاهين أسرع. يصل النظام إلى نفس تكوين التوازن بشكل أسرع، مع نفس قيمة K عند درجة حرارة ثابتة.
بالنسبة لتفاعل أمامي ممتص للحرارة، كيف يؤثر رفع درجة الحرارة على K؟
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
الاتجاه الأمامي الممتص للحرارة يُفضّل برفع درجة الحرارة، مما يزيد من تعبير التوازن للمنتج إلى المتفاعلات. هذا يمثل تغييراً في K، على عكس تغيير الضغط عند درجة حرارة ثابتة.