Transcript ******* 1
االتزان الكيميائي يوصف التفاعل الكيميائي بتعبير ثابت االتزان ثابت االتزان يعتمد على تراكيز املتفاعالت و النواتج و درجة الحرارة األمونيا ( النشادر ) NH3 تستخدم كسماد و في تغذية الحيوانات و تتفاعل مع ثنائي أمينوهكسان إلنتاج مبلمر النايلون ٌ تحضر بتفاعل N2مع H2 في بداية التفاعل ] [NH3يساوي صفر و يزداد بمرور الوقت بينما ) N2( g ) 3H2( g ) 2NH3( g ] [N2] , [H2يقل بمرور الوقت و لكنه ال يساوي صفر و بعد فترة تثبت جميع التراكيز أي ال يتم تحويل كامل املتفاعالت إلى نواتج التفاعالت الكيميائية تنقسم إلى : تفاعالت مكتملة هي تفاعالت تتحول فيها جميع املتفاعالت إلى نواتج تفاعالت عكسية هي تفاعالت تحدث في كال االتجاهين األمامي و العكس ي ال تتحول فيها جميع املتفاعالت إلى نواتج مثال ) N2( g ) 3H2( g ) 2NH3( gو ) N2( g ) 3H2( g ) 2NH3( g يمكن دمج التفاعلين في معادلة واحدة كما يلي )N2(g) +3H2(g )2NH3(g االتجاه من اليسار لليمين يسمى تفاعل أمامي االتجاه من اليمين لليسار يسمى تفاعل عكس ي في التفاعل السابق في البداية يحدث التفاعل األمامي فقط لوجود N2 , H2 تقل سرعة التفاعل األمامي بمرور الوقت بسبب نقص تراكيز املتفاعالت يبدأ التفاعل العكس ي عند تكوين النشادر NH3 تزداد سرعة التفاعل العكس ي بزيادة تركيز النشادر عندما تصبح سرعة التفاعل األمامي = سرعة التفاعل العكس ي يكون النظام في حالة اتزان االتزان الكيميائي هو الحالة التي يوازن فيها التفاعل األمامي و العكس ي أحدهما اآلخر أو هو الحالة التي تتساوى فيها سرعتا التفاعلين األمامي و العكس ي عند االتزان تثبت تراكيز المتفاعالت والنواتج و ال يشترط تساويها يتحول اليود بين الحالتين الصلبة و الغازية في إناء مغلق كما في )I2(s )I2(g املعادلة تعابير االتزان في التفاعالت العكسية تكون كمية النواتج أقل من املتوقع حسب املعادلة املوزونة بسبب عدم استهالك املتفاعالت كليا مثال عند تفاعل 1mol N2مع 3mol H2حسب املعادلة )2NH3(g )N2(g) +3H2(g الناتج يكون أقل من 2mol NH3 قانون االتزان الكيميائي ( جولد بيرج و ويج ) عند درجة حرارة معينة يمكن للتفاعل الكيميائي أن يصل لحالة تصبح فيها نسب تراكيز املتفاعالت و النواتج ثابتة aA + bB في التفاعل العام cC + dD [C ]c [ D]d [ A]a [ B]b K eq ثابت االتزان Keq هو النسبة بين تراكيز النواتج إلى تراكيز املتفاعالت كل مادة مرفوعة ألس يساوي معاملها في املعادلة املوزونة قيمته ثابتة إذا لم تتغير درجة الحرارة إذا كانت Keq>1فإن تراكيز النواتج أكبر من تراكيز املتفاعالت إذا كانت Keq<1فإن تراكيز النواتج أقل من تراكيز املتفاعالت تعابير االتزان املتجانس االتزان املتجانس هو الذي توجد فيه املتفاعالت و النواتج في نفس الحالة الفيزيائية مثال1 )H2(g)+I2(g اكتب تعبير ثابت االتزان للتفاعل)2HI(g 2 الحل ] [ HI ] [ H 2 ][I 2 K eq مثال 2 اكتب تعبير ثابت االتزان للتفاعل التالي )N2(g)+3H2(g )2NH3(g الحل 2 ] [ NH 3 K eq 3 ] [ N 2 ][H 2 االتزان غير املتجانس هو الذي توجد فيه املتفاعالت و النواتج في أكثر من حالة فيزيائية واحدة تراكيز املواد السائلة و املواد الصلبة ثابتة مهما اختلفت كمياتها ُ لذلك ال تكتب في تعابير االتزان أمثلة اكتب تعبير ثابت االتزان لكل من التفاعالت التالية )a . C2H5OH(l )C2H5OH(g الحل ]) Keq = [C2H5OH(gلم نكتب ]) [C2H5OH(lألنه سائل )I2(g الحل ])Keq = [I2(g لم نكتب ]) [I2(sألنه صلب )b . I2(s )Na2CO3(s) +CO2(g)+H2O(g )c.2NaHCO3(s الحل ]Keq =[CO2] [H2O لم نكتب ] [Na2CO3و [NaHCO3]2ألنها مواد صلبة قيمة ثابت االتزان لتفاعل ما تبقى ثابتة مهما تغيرت الظروف بشرط ثبوت درجة الحرارة حساب قيمة ثابت االتزان مثال احسب قيمة Keqللتفاعل )2NH3(g )N2(g)+3H2(g إذا علمت أن تراكيز املواد في أحد مواضع االتزان هي [NH3]=0.933 , [N2]=0.533 , [H2]=1.6 الحل 2 =0.399 2 ] [ NH 3 ][0.933 Keq 3 3 ] [ N 2 ][H 2 ][0.533] [1.6 العوامل املؤثرة في االتزان الكيميائي مبدأ لوشاتلييه إذا ُب ِذل جهد على نظام في حالة اتزان فإن ذلك يؤدي إلى إزاحة النظام في اتجاه يخفف أثر هذا الجهد الجهد هو أي تغير يؤثر في اتزان نظام معين تطبيق مبدأ لوشاتلييه التغير في التركيز إضافة مادة متفاعلة تزداد كميات ( تراكيز ) جميع النواتج و تقل باقي املتفاعالت إزالة مادة ناتجة تزداد باقي النواتج و تقل جميع املتفاعالت إضافة مادة ناتجة تقل باقي النواتج و تزداد جميع املتفاعالت إزالة مادة متفاعلة تقل جميع النواتج و تزداد باقي املتفاعالت في جميع الحاالت السابقة ال تتأثر قيمة Keqبتغير تركيز املواد التغير في الحجم و الضغط يعتمد ضغط الغاز على عدد موالته و ليس على نوعه موالت املتفاعالت موالت النواتج زيادة الضغط ( نقص الحجم ) تزيح التفاعل نحو املوالت األقل نقص الضغط ( زيادة الحجم ) تزيح التفاعل نحو املوالت األكثر عند تساوي عدد موالت املتفاعالت و النواتج فإن تغير الضغط أو الحجم ال يؤثر على موضع االتزان ال تتأثر قيمة Keqبتغير الضغط أو الحجم تغير درجة الحرارة تغير درجة الحرارة يؤثر على موضع االتزان و قيمة Keq في التفاعل الطارد للحرارة سالبة ( الحرارة ناتجة ) H زيادة درجة الحرارة تقلل قيمة Keqو تقل النواتج و تزداد املتفاعالت في التفاعل املاص للحرارة موجبة (الحرارة كأنها متفاعل ) Keqو تزداد النواتج و تقل املتفاعالت زيادة درجة الحرارة تزيد قيمة H العوامل الحافزة ال تؤثر على موضع االتزان و ال قيمة (Keqعلل ) ألنها تزيد سرعة التفاعل في االتجاهين األمامي و العكس ي بالتساوي و لكن التفاعل يصل أسرع إلى حالة االتزان في وجود مادة حافزة مثال في التفاعل H 206 .5KJ )CH4(g)+H2O(g كيف يمكن زيادة امليثان الناتج ؟ الحل يمكن ذلك عن طريق : إضافة مادة متفاعلة سحب ( إزالة ) مادة ناتجة زيادة الضغط خفض درجة الحرارة )CO(g)+3H2(g حساب التراكيز عند االتزان مثال )2H2S(g في التفاعل )2H2(g) + S2(g ما تركيز غاز الهيدروجين عند االتزان علما بأن Keq = 2.27×10-3 , [H2S]=0.184 mol/l , [S2]=0.054 mol/l الحل ] [𝐻2 ]2 [𝑆2 2 2 𝑘𝑒𝑞 = [𝐻 𝑠]2 𝑘 × 𝐻[ ]𝑆 = 𝐻[ ] 𝑆[ ] 𝑞𝑒 2 2 2 2 𝑙= 0.0377 𝑚𝑜𝑙/ 2.27×10−3 ×0.184 2 0.054 = 𝑘𝑒𝑞 ×[𝐻2 𝑆]2 ] [𝑆2 = 𝐻2 ثابت حاصل الذائبية Ksp هو تعبير ثابت االتزان للمركبات قليلة الذوبان =Kspحاصل ضرب تراكيز األيونات الذائبة كل منها مرفوع ألس يساوي معامله أمثلة كبريتات الباريوم BaSO4يشربها املرض ى لعمل أشعة على الجهاز الهضمي رغم أن أيونات الباريوم سامة ( كيف ذلك ؟) )BaSO4(s )Ba2+(aq)+SO42-(aq عند االتزان يكون املحلول مشبعا Ksp= [Ba2+][SO42-]=1.1×10-10 أي أن تركيز أيونات الباريوم حوالي 1×10-5 Mو بالتالي يتناول املريض محلول كبريتات الباريوم بأمان مثال )Mg(OH)2(S )Mg2+(aq)+2OH-(aq Ksp=[Mg2+] [OH-]2 تعتمد قيمة Kspعلى تراكيز األيونات في املحلول املشبع البد أن يحتوي خليط االتزان على بعض املادة الصلبة تقاس ثوابت حاصل الذائبية للمركبات قليلة الذوبان فقط استعمال ثابت حاصل الذائبية تحديد ذائبية مركب قليل الذوبان في املاء عند درجة حرارة معينة مثال احسب ذائبية يوديد الفضة بوحدة mol/lعند 298Kعلما بأن )AgI(s معادلة االتزان هي )Ag+(aq)+I-(aq Ksp=[Ag+][I-]=8.5×10-17 و ثابت الذائبية هو الحل الذائبية ) = (sعدد موالت AgIالذائبة في لتر من املحلول ]s= [Ag+]=[I- 𝑠 = 𝑘𝑠𝑝 = 8.5×10−17 = 9.2 × 10−9 Ksp = s2 مثال احسب ذائبية كربونات النحاس CuCO3 IIبوحدة mol/l علما بأن Ksp=2.5×10-10عند 298K الحل البد أوال من كتابة معادلة االتزان )CuCO3(S )Cu++(aq) + CO3--(aq Ksp=[Cu++][CO3--]=2.5×10-10 s2= 2.5×10-10 −5 = 1.58 × 10 mol/l 2.5×10−10 =𝑠 مثال احسب ذائبية Mg(OH)2و] [Mg++و ] [OH-في املحلول املشبع علما بأن Ksp=5.6×10-12عند 298K الحل نكتب املعادلة املوزونة لالتزان )Mg(OH)2(s )Mg++(aq) + 2OH-(aq Ksp=[Mg++][OH-]2=5.6×10-12 [Mg++]=s , [OH-]=2s Ksp= s×(2s)2= 5.6×10-12 4s3=5.6×10-12 =1.12×10-4 mol/l 12 5 . 6 10 s3 4 تركيز أيونات املاغنيسيوم تركيز أيونات الهيدروكسيد [Mg++]=s= 1.12×10-4 mol/l [OH-] =2s = 2×1.12×10-4 =2.24×10-4 mol/l توقع الراسب عند خلط محاليل إذا كان تركيز األيونات الناتجة أكبر من تركيزها في محاليلها املشبعة يتكون راسب للتأكد نحسب Qspو هي قيمة تجريبية لـ Kspكما يلي إذا كان Qsp> Kspفإن املحلول غير مشبع و ال يتكون راسب إذا كان Qsp= Kspفإن املحلول مشبع و ال يتكون راسب إذا كان Qsp< Kspفإن املحلول مشبع و يتكون راسب و يقل تركيز األيونات حتى يصبح حاصل ضربها = Ksp مثال توقع ما إذا كان سيتكون راسب من PbCl2عند إضافة 100mlمن NaClتركيزه 0.01Mإلى 100mlمن Pb(NO3)2تركيزه 0.02Mعلما بأن Ksp=1.7×10-5 الحل معادلة ذوبان PbCl2هي PbCl2 )Pb++(aq)+2Cl-(aq Qsp =[Pb++][Cl-]2 تركيز كل أيون يقل للنصف بسبب مضاعفة الحجم 0.01 [Cl ] 0.005 M 2 0.02 [ Pb ] 0.01M 2 2 Qsp= (0.01)×(0.005)2 = 2.5×10-7 Qsp> Kspإذا ال يتكون راسب تأثير األيون املشترك األيون املشترك هو أيون يوجد في اثنين أو أكثر من املركبات األيونية عند إضافة أيون مشترك إلى محلول مشبع يحتوي على نفس األيون تقل الذائبية ويتكون راسب ألن التفاعل ينزاح في االتجاه العكس ي مثال يضاف كبريتات صوديوم إلى محلول كبريتات الباريوم ليقل تركيز أيونات الباريوم السامة عند إجراء األشعة على الجهاز الهضمي ( األيون املشترك هو الكبريتات ) الكيمياء و الصحة يتم التفاعل بين الهيموجلوبين و األكسجين في الرئتين إلنتاج هيموجلوبين مؤكسد كما يلي )Hgb(aq)+4O2(g )Hgb(O2)4(aq في املرتفعات يقل األكسجين و يتكيف الجسم على ذلك بإنتاج مزيد من الهيموجلوبين في األنسجة يتم التفاعل العكس ي إلنتاج األكسجين و حدوث عملية األيض إلنتاج الطاقة