التصنيفات
العلوم الكيميائية

معنى الاتزان الدينامي

معنى الاتزان الدينامي


تعليم_الجزائر

الشكل (5-10): سرعة التبخر تساوي سرعة التكاثف عند الاتزان.

إذا أخذت كأساً من الماء ووضعتها تحت ناقوس زجاجي كما في الشكل (5-10)، وراقبت ما يحدث للماء خلال عدة أيام، فإنك ستلاحظ أن سطح الماء ينخفض قليلاً ثم يتوقف هذا الانخفاض بمرور الوقت؛ إذ تبقى كتلة الماء في الكأس وكتلة البخار في الهواء المحيط بها ثابتتين مهما طال الوقت.
يمثل الوضع السابق وضع اتزان بني الماء وبخاره. ولكن هل يتوقف تبخر الماء عند الاتزان؟ وهل تبقى جزيئات بخار الماء سابحة في الهواء تحت الناقوس دون تغيير؟
يتواصل تبخر الماء في الناقوس، وفي الوقت نفسه، يستمر تكاثف جزيئات بخار الماء المنتشرة في هواء الناقوس وتحولها إلى سائل. وتكون سرعة التبخر مساوية لسرعة التكاثف أي حالة الأتزان. ويمكن التعبير عن وضع الاتزان بين الماء وبخاره كالآتي:

تعليم_الجزائر

ومن أمثلة الاتزان ما يحصل عند ذوبان المواد الصلبة البلورية في السوائل. فمثلاً: يذوب اليود (I2) في محلول يوديد البوتاسيوم، كما أنه يذوب في المذيبات العضوية مثل (1 ، 1، 1- ثلاثي كلور و إيثان).
ولتعرف الاتزان الذي يحدث لذوبان اليود في كلا المذيبين نفذ النشاط الآتي:

النشاط (5-2): اتزان ذوبان اليود في مذيبين
تحتاج لإجراء النشاط إلى يود، ومحلول يوديد بوتاسيوم، 1 ، 1، 1- ثلاثي كلور وإيثان، وأنبوب اختبار.
1- أذب 0.1 غ من I 2 في 5 مل من محلول يوديد البوتايوم في أنبوب اختبار. ما لون محلول اليود؟
2- أضف 5 مل من مادة 1 ، 1، 1- ثلاثي كلور وإيثان إلى الأنبوب. هل تذوب هذه المادة في الماء؟
3- رج الأنبوب جيداً ولاحظ ما يحدث.
ماذا يحدث لتركيز I 2 في كل من المحلول المائي والمذيب العضوي عند رج الأنبوب؟
4- اترك الأنبوب بعض الوقت ليستقر. هل يتغير تركيز اليود في كل من الطبقتين بمرور الوقت؟

تعليم_الجزائر
الشكل (5-11): تغيّر تركيز اليود في مذيبين مع الزمن، وثبوته عند الاتزان. يبين الشكل (5 –11) تغير تركيز اليود في كل من المذيبين، بمرور الوقت، عند الاتزان، ولعلك قد لاحظت تناقص تركيز اليود في المحلول المائي في الوقت الذي يتزايد تركيزه في 1، 1، 1- ثلاثي كلوروإيثان.
وعند الاتزان يثبت تركيز اليود؛ إذ تصبح سرعة ذوبانه في المحلول المائي مساوية لسرعة ذوبانه في 1، 1، 1- ثلاثي كلوروإيثان ويمكن تمثيل وضع الاتزان كما يأتي:

تعليم_الجزائر

تعد الحالات السابقة أمثلة على الاتزان الذي يشمل تغيرات طبيعة منعكسة، وبالمثل؛ فإن التفاعلات الكيميائية تحدث في اتجاهين وتصل إلى وضع الاتزان فمثلاً: عند تسخين كلوريد الأمونيوم NH 4Cl في أنبوب اختبار، فإنه يتحلل بالحرارة إلى غازي الأمونيا وكلوريد الهيدروجين وفق المعادلة الآتية:
تعليم_الجزائر
ومن المعلوم أن غاز كلوريد الهيدروجين يتفاعل مع غاز الأمونيا لينتج كلوريد الأمونيوم وفق المعادلة الآتية:
تعليم_الجزائر
ماذا تتوقع أن يحدث عند تسخين كتلة من كلوريد الأمونيوم في وعاء مغلق؟
إن ما يحدث أولاً هو تحلل كلوريد الأمونيوم إلى غازي NH 3 ، HCl ، وعندما تتكون كتل مناسبة من NH 3 ، HCl فإنهما يتفاعلان ليعطيا NH 4Cl. ويستمر التفاعلان، إلى أن تتساوى سرعتهما، وعندها لا يطرأ أي تغيير على كتل المواد المتفاعلة أو الناتجة من التفاعل؛ فيقال بأن التفاعل قد وصل إلى وضع اتزان، كالآتي:
تعليم_الجزائر
لاحظ أن السهمين المتعاكسين يدلان على أن التفاعل منعكس.
تعليم_الجزائر
الشكل (5-12): التغير في سرعة التفاعل الأمامي والعكسي مع الزمن
ولفهم كيفية وصول التفاعل إلى حالة الاتزان، دقق في الشكل ( 5-12) الذي يبين التغيرات التي تطرأ على سرعة التفاعل الأمامي (تعليم_الجزائر) والتفاعل العكسي (تعليم_الجزائر). ما العلاقة بين سرعتيهما عند الاتزان؟
في البداية تكون سرعة التفاعل الأمامي كبيرة وسرعة التفاعل العكسي صفر، ومع مرور الوقت تتناقص سرعة التفاعل الأمامي بسبب النقص التدريجي في تركيز المواد المتفاعلة. وعندما يصل التفاعل إلى وضع الاتزان فإن سرعة التفاعل الأمامي تكون مساوية لسرعة التفاعل العكسي.
وبناء على ذلك، إذا كان التفاعل العام الآتي في حالة اتزان: تعليم_الجزائر
فعند بدء التفاعل تكون تراكيز (B, A) كبيرة، ولذلك تكون سرعة التفاعل الأمامي كبيرة وسرعة التفاعل العكسي صفراً. ومع مرور الوقت، تقل سرعة التفاعل الأمامي تدريجياً – بسبب التناقص التدريجي في تراكيز المواد المتفاعلة (B, A) – وتتزايد سرعة التفاعل العكسي – بسبب التزايد المستمر في تركيز المواد الناتجة من التفاعل (D,C) ويستمر التغيّر حتى تصل إلى حالة الاتزان التي تتساوى عندها سرعة التفاعل الأمامي مع سرعة التفاعل العكسي. ويمكن التعبير عن التغير في سرعة التفاعل بالاتجاهين، وتراكيز مكونات التفاعل حتى الوصول إلى الاتزان بالتمثيل الآتي:
تعليم_الجزائر
تلاحظ أن طول السهم يتناسب طردياً مع سرعة التفاعل في الاتجاه الذي يشير إليه السهم. ولربما تسأل، هل يتوقف التفاعل عند الاتزان؟
تؤكد التجارب أن التفاعل بين المواد مستمر، وما يحدث هو تساوي سرعة التفاعل الأمامي مع سرعة التفاعل العكسي.
فمثلاً : عند تحلل كربونات الكالسيوم بالحرارة في وعاء مغلق تصل إلى حالة إتزان يعبّر عنها بالمعادلة الآتية:
تعليم_الجزائر
وقد وجد بالتجربة أنه إذا أضفت كتلة من كربونات الكالسيوم التي تحتوي على ذرات كربون مشع تعليم_الجزائر لوجدت بعد مرور فترة من الزمن أن ذرات الكربون المشع لا توجد فقط في CaCO 3 بل في بعض جزيئات CO 2 أيضاً، وهذا يدل على أن كربونات الكالسيوم تتحلل باستمرار.
ويحصل المثل عند إضافة غازتعليم_الجزائر الذي يحتوي على ذرات كربون مشع إلى التفاعل المتزن دون تغيير الضغط، فبعد فترة تجد أن كربونات الكالسيوم تحتوي هي الأخرى على كربون مشع، مما يدل على استمرار التفاعل في الاتجاه العكسي أيضاً.
بناء على ما تقدم يمكن وصف الإتزان في التفاعلات الكيميائية المنعكسة بأنه دينامي؛ إذ أن التفاعل لا يتوقف عند الاتزان بل يستمر في الاتجاهين المتعاكسين. وتبقى تراكيز مكونات التفاعل ثابتة لا تتغير مع الزمن، لأن سرعة التفاعل الأمامي تساوي سرعة التفاعل العكسي.