تطبيقات عملية على الاتزان

تمت الاستفادة من العوالم المؤثرة في حالة الاتزان في توجيه كثير من التفاعلات ذات الآثار المهمة في حياة الإنسان، وفي تطبيقات صناعية متعددة منها:
1- معالجة التلوث في الهواء الجوي
يعد تلوث الهواء الجوي من المشكلات المعاصرة، وتأتي ملوثات الهواء بشكل رئيس من عوادم السيارات ودخان المصانع في شكل غازات منها: Co ، CO 2 ، SO 2، No وهي غازات ضارة؛ فغاز CO سام، وغاز SO 2 – كما تعلم – يسبب المطر الحمضي.
ينتج غاز NO في محرك السيارة – عند درجات حرارة عالية وتحت تأثير الضغط – من تفاعل النتروجين الجوي مع الأكسيجن كما في المعادلة الآتية :
الشكل (5-16): تلوث هواء المدن الصناعية.

ثم يتحد NO مع أكسجين الهواء ليعطي غاز NO 2 الذي يظهر في شكل سحابة بنية اللون عند تعرضه لضوء الشمس؛ انظر الشكل (5-16). ولغاز NO 2 آثار بيئية ضارة؛ فهو يؤثر في طبقة الأوزون، ويفكك بعض المنتجات المطاطية، ويضر بالعينين والأغشية المخاطية والأنف والرئتين.
أنظر إلى معادلة تكون NO ، كيف يمكن دفع الاتزان نحو اليسار لتقليل كمية NO الناتجة؟
لا يؤثر تغيير الضغط في حالة الاتزان (لماذا؟ )، ولكن خفض درجة الحرارة سيدفع الاتزان نحو الجهة التي تقلل إنتاج NO. ولذلك لابد من خفض درجة الحرارة في محركات السيارات، وهذا يتطلب تصميماً خاصاً للمحرك؛ وهو موضوع قيد البحث والدراسة.
2-2- صناعة الأمونيا (NH 3) – طريقة هابر
تستخدم الأمونيا سماداً، وتدخل في صناعة الأسمدة النتروجينية الأخرى. وتحضر صناعياً باتحاد غازي الهيدروجين والنتروجين وفق المعادلة الآتية :

والمهم في الصناعة البحث عن الظـروف المناسبة لإنتاج الأمونيا تجارياً، ويتـم ذلك بإزاحة الاتزان السابق إلى جهة اليمين () فما تلك الظروف؟
إن أول ما تفكر به هو تغيير درجة الحرارة، وبالرجوع إلى المعادلة تلاحظ أن التفاعل طارد للحرارة وأن خفض درجة الحرارة سيؤدي إلى تكوين المزيد من الأمونيا. وهذا يتضح لدى مقارنة قيم (KC) الآتية:
K C= عند ‏°25س = 7.6 × 10 -3 لتر2 / مول2
K C = عند ‏°45س = 6.5 × 10 -3 لتر2/ مول2
ولكن التفاعل عند درجات الحرارة المنخفضة يكون بطيئاً جداً ويحتاج إلى زمن طويل للوصول إلى حالة اتزان ولكي يتغلب العالم هابر على هذه المشكلة فقد استخدم عاملاً مساعداً، ومع ذلك بقيت المشكلة قائمة فعلى الرغم من أن العامل المساعد يزيد من سرعة الوصول إلى الاتزان إلا أنه سيزيد من سرعة التفاعل بالاتجاهين، فتبقى كتلة NH 3 الناتجة قليلة! فما الحل إذن؟
أنظر إلى معادلة التفاعل تجد أن توفير ضغط مرتفع سيعلم على إزاحة موضع الاتزان نحو تكوين الأمونيا، كما أن سحب الأمونيا الناتجة من التفاعل يعمل هو الآخر في الاتجاه نفسه.
وقد تم اختيار درجة الحرارة (450‏ْس) للتوفيق بين السرعة المقبولة للتفاعل والقيمة المقبولة لثابت الاتزان بوجود عام مساعد مناسب واستخدام ضغوط مرتفعة للغازات. انظر الشكل (5-17).
الشكل (5-17): مخطط طريقة هابر لصناعة الأمونيا.
وفي المصانع يتم إدخال غازي h 2، N 2 إلى الجهاز وتعريضها إلى ضغط يتراوح بين 200- 300 ضغط جوي ودرجة حرارة مقدارها 450‏ْس، وبعد وصول التفاعل إلى حالة الاتزان تنقل المواد إلى وحدة تبريد لتحويل الأمونيا من الحالة الغازية إلى أمونيا سائلة يتم سحبها من وسط التفاعل، ثم يعاد H 2 ، N 2 إلى وسط التفاعل ثانية. ويوجد في الجهاز عامل مساعد هو Fe 3O 4 لزيادة سرعة الإنتاج.