العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي

يُعتبر الاتزان الكيميائي (بالإنجليزية: Chemical equilibrium) حالة تظهر خلال التفاعلات القابلة للعكس، حيث لا يحدث أي تغير ملحوظ في تركيز المواد المتفاعلة والنتائج. وعندما يصل التفاعل الكيميائي إلى نقطة الاتزان، تصبح سرعة التفاعل متساوية في كلا الاتجاهين، سواء من جهة المواد المتفاعلة أو المنتجات. يعتمد الوصول إلى حالة الاتزان الكيميائي على مجموعة متنوعة من العوامل.

تم الشرح عن العوامل المؤثرة على الاتزان الكيميائي ضمن قانون كيميائي يُعرف بمبدأ لو شاتيلير (Le Chatelier’s principle). وفيما يلي تفصيل لهذه العوامل وتأثيراتها:

تراكيز المواد المتفاعلة والنتائج

تُعتبر تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة من العوامل الأساسية المؤثرة في الاتزان الكيميائي، حسب مبدأ لو شاتيلير. فعند تغيير تركيز مادة ما في التفاعل، يسعى التفاعل لتحقيق التوازن بالاتجاه المناسب. على سبيل المثال، زيادة تركيز المواد المتفاعلة تدفع التفاعل نحو تكوين المزيد من المواد الناتجة، في حين أن انخفاض تركيز المواد المتفاعلة يؤدي إلى زيادة تكوينها.

عندما يكون هناك زيادة في تركيز المواد الناتجة، يتم استهلاكها بشكل أكبر مما يدفع التفاعل إلى إنتاج المزيد من المواد المتفاعلة، مما يعزز من حدوث التفاعل العكسي. Conversely, when the concentration of products decreases, the reaction shifts to generate more of these products, thus promoting the forward reaction. من المهم أن نلاحظ أن ثابت الاتزان الكيميائي يظل ثابتًا بغض النظر عن تغيرات التركيز.

لإيضاح تأثير تراكيز المواد المتفاعلة والنتائج على الاتزان الكيميائي، يُمكن النظر إلى المثال التالي:

N2 + 3H2 ——>

إذا تم زيادة تركيز أي من N2 أو H2، سيتجه التفاعل نحو تكوين المزيد من NH3. بينما عند زيادة تركيز NH3، سيتجه التفاعل نحو تكوين المزيد من المواد المتفاعلة، مع استبقاء ثابت الاتزان كما هو.

الضغط والحجم

قبل مناقشة تأثير الضغط على الاتزان الكيميائي، يجب التأكيد على أن الضغط لا يؤثر على تركيز المواد في الحالة الصلبة أو السائلة، ولكنه يؤثر على الحالة الغازية فحسب. يرتبط الضغط والحجم بعلاقة عكسية وفقًا لقانون الغاز المثالي؛ إذ إن زيادة الضغط تؤدي إلى تقليل الحجم والعكس صحيح، ولهذا يجب فهم تأثير الضغط على الاتزان من خلال ارتباط حجم المواد المتفاعلة والنتائج بعدد المولات.

طبقًا لقانون أفوجادرو، فإن عدد المولات يتناسب طرديًا مع حجم الغاز. وعليه، فإن الضغط يميل دائمًا للتأثير على الجانب الذي يحتوي على حجم أكبر، مما يدفع الاتزان من هذا الجانب نحو الجانب الآخر. مثال على ذلك هو المعادلة:

N2(g) + 3H2(g) —–>

يمكن تلخيص تأثير درجات الحرارة على الاتزان الكيميائي في الجدول التالي:

المادة المحفزّة

تعرف المادة المحفزة (Catalyst) بأنها أي مادة تساهم في تسريع التفاعل الكيميائي دون أن تُستهلك خلاله. تعمل هذه المادة عمومًا من خلال التفاعل مع المواد المتفاعلة لتكوين مادة وسيطة تمتلك قدرة أعلى على التفاعل مع بعضها أو مع مواد أخرى. يختلف نوع هذا التفاعل من مادة إلى أخرى، لذا فإن المواد المحفزة تُسرع التفاعل عن طريق تخفيض طاقة التنشيط اللازمة لحدوثه.

فيما يتعلق بتأثير المادة المحفزة على الاتزان الكيميائي، فإن هذه المادة تخفض طاقة التنشيط المطلوبة للتفاعل الأمامي والعكسي بنفس القدر، وبالتالي فهذا التأثير لا يؤثر على حالة الاتزان الكيميائي أو معامل الاتزان. لذلك، لا تؤثر المادة المحفزة على نظام الاتزان الكيميائي.

خلاصة المقال

الاتزان الكيميائي يمثل حالة تحدث في التفاعلات القابلة للانقلاب، حيث يحافظ التفاعل على سرعة ثابتة في كلا الاتجاهين (المواد المتفاعلة والنتائج)، مع الحفاظ على تركيز المواد كما هو. يعتمد الاتزان الكيميائي للتفاعل على مجموعة من العوامل التي تم تلخيصها في مبدأ لو شاتيلير، وتشمل تركيز المواد المتفاعلة والنتائج، ودرجات الحرارة، والضغط، والحجم. أما بالنسبة للمادة المحفزة، فهي لا تؤثر على نظام الاتزان الكيميائي.