الأحد، 12 فبراير، 2017

الاتزان الكيميائي


الاتزان الكيميائي

طبيعة الاتزان الكيميائي

مؤشرات الأداء :

* يعرف الاتزان الكيميائي .

* يفسر طبيعة ثابت الاتزان .

* يكتب تعبير ثابت الاتزان  الكيميائي ويجري حسابات تتضمن هذا التعبير .

التفاعل الانعكاسي :

تفاعل كيميائي تتفاعل خلاله النواتج  لإعادة تكوين المتفاعلات الأصلية .

2HgO(s)                           2Hg(s) + O2(g)

2Hg(s) + O2(g)                     2HgO(s) 

يتفكك أكسيد الزئبق عند تسخينه كما يلي :

يتحد الزئبق والأكسجين عند تسخينهما كما يلي :

تسخين أكسيد الزئبق  في وعاء مغلق :

2HgO(s)                           2Hg(s) + O2(g)


الاتزان الكيميائي :

الحالة التي تبقى فيها سرعة التفاعل الأمامي مساوية لسرعة التفاعل العكسي ، وتبقى  تراكيز النواتج والمتفاعلات ثابتة .

أي تفاعل يرجح ؟

الاتزان حالة ديناميكية :

   2SO2(g)  + O2(g)                    SO3(g) 

الأمامي

أيهما تركيزه اكبر : النواتج أم المتفاعلات ؟

النواتج

H2CO3(aq)+ H2O(l)                   H3O(aq)++ HCO3-(aq)

أي تفاعل يرجح ؟

العكسي

أيهما تركيزه اكبر : النواتج أم المتفاعلات ؟

المتفاعلات

H2SO3(aq)+ H2O(l)              H3O(aq)+ HSO3-(aq)

أي تفاعل يرجح ؟

ليس أياً منهما

توجد النواتج  والمتفاعلات  بتراكيز مهمة .

سرعة التفاعل

الزمن

t0

t1

A +B         C + D

C+ D        A+B

التفاعل الأمامي

التفاعل العكسي

الاتزان

سرعة التفاعل الأمامي

=

سرعة التفاعل العكسي

ثابت الاتزان  K :

ثابت الاتزان K :

n A + m B                        x C + y D



لا تعتمد قيمة ثابت الاتزان K على التراكيز الأولية 

تعتمد قيمة ثابت الاتزان K على درجة الحرارة . 

تبين قيمة K لتفاعل اتزان محدد عند درجة حرارة محددة : مدى تحول المتفاعلات على نواتج التفاعل . 

K =

تراكيز النواتج

تراكيز المتفاعلات

K=1 : تراكيز النواتج والمتفاعلات شبه متساوية .

K كبيرة: درجة تحول كبيرة للمتفاعلات إلى نواتج .

تتضمن معادلة الثابت K تراكيز المواد التي تتغير فعلياً فقط  . 

علل: تحذف المواد الصلبة والسائلة النقية من معادلة الثابت K. 

لأن تراكيز المواد الصلبة والسائلة النقية لا تتغير .

K صغيرة : يحدث التفاعل الأمامي بشكل طفيف  جداً قبل الوصول إلى الاتزان ، وأن المتفاعلات هي المرجحة  .

ثابت الاتزان K :

نسبة الحاصل الرياضي لتراكيز المواد الناتجة عند الاتزان إلى الحاصل الرياضي لتراكيز المواد المتفاعلة كل  مرفوع إلى أس يساوي معامل المادة التابعة له في المعادلة الكيميائية .

نظام اتزان H2 , I2 , HI :

H2 +   3I2                2HI

K =

[HI]2

[H2]

[I2]

عديم اللون

بنفسجي

عديم اللون

مسألة نموذجية 7- 1  :

تمارين تطبيقية :

مراجعة القسم 7 – 1 :

انزياح الاتزان

القسم 7 - 2

مؤشرات الأداء :

* يستقصي أثر العوامل التي تسبب اضطراب  الاتزان .

* يستقصي الظروف التي تجعل التفاعل تاماً .

* يفسر تأثير الأيون المشترك .

في الانظمة المتزنة تبقى الكميات النسبية للمتفاعلات والنواتج نفسها .

* تغيرات في التركيز أو الضغط أو درجة الحرارة قد يبدل وضع الاتزان ، وتغير الكميات النسبية للمتفاعلات والنواتج .

* يمكن تحسين مردود الناتج المرغوب بإزاحة الاتزان .

اذكر ثلاث طرق تسبب اضطراباً للاتزان الكيميائي .

* تغيرات التركيز .

* تغيرات الضغط .

* تغيرات درجة الحرارة .

توقع اتجاه الانزياح 

* مبدأ لوشاتيليه :

إذا تعرض نظام متزن لتوتر ، فإن الاتزان ينزاح إلى الاتجاه الذي يؤدي إلى إزالة  هذا التوتر .

تغيرات التركيز

A  +   B                C  + D

زيادة تركيز A:

A  +   B                C  + D

يتفاعل بعض من المضاف Aمع Bويتكون الناتجان C وD ونصل إلى حالة اتزان جديدة يكون فيها :


عند زيادة تركيز إحدى المواد المتفاعلة ينزاح الاتزان إلى

اليمين

عند انخفاض تركيز إحدى المواد الناتجة ينزاح الاتزان إلى

اليمين

* لا تؤثر تغيرا ت التركيز على قيمة ثابت الاتزان . لماذا ؟ 

لأن لها تأثيراً متساوياً على بسط ومقام تعبير ثابت الاتزان .

تغيرات الضغط

يؤثر الضغط فقط في الانظمة الغازية المتزنة

لكي تؤثر تغيرات الضغط يجب أن يكون العدد الكلي لمولات الغاز على طرفي المعادلة مختلفاً .

عملية هابر لصناعة الأمونيا :

N2 + 3H2             2NH3

عدد مولات الغاز

1mol +

3mol

2mol

4mol

ماذا تتوقع أن يحدث إذا كان التوتر ناتجاً عن ارتفاع الضغط ؟

ارتفاع الضغط يؤدي إلى زيادة تركيز كل الأنواع فيخفف النظام من عدد المولات وبالتالي من الضغط الكلي وذلك بالانزياح إلى اليمين

ارتفاع الضغط يؤدي إلى انزياح الاتزان في اتجاه تكوين عدد أقل من المولات ( للغاز )

* لا تؤثر تغيرا ت الضغط على قيمة ثابت الاتزان . لماذا ؟ 

لأنه يسبب ارتفاعاً في تراكيز الغازات وبالتالي يكون التأثير متساوياً على بسط ومقام تعبير ثابت الاتزان .

*يتم باستمرار إزالة الأمونيا الناتجة بتكثيفها إلى أمونيا سائلة .

ماذا يحدث للاتزان عند انخفاض الضغط الجزئي لغاز الأمونيا ؟

ج- ينزاح إلى

ماذا يحدث للضغط الكلي عند إضافة غاز خامل مثل الهيليوم إلى وعاء التفاعل  ؟

يزداد

هل تؤثر إضافة غاز خامل مثل الهيليوم إلى وعاء التفاعل على الاتزان ؟ ولماذا ؟

لا

لأن الضغوط الجزئية للغازات الموجودة في التفاعل لا تتغير .

فسر : لا تؤثر إضافة غاز ليس متفاعلاً أو ناتجاً  إلى وعاء التفاعل على وضعية الاتزان .

لأن الضغوط الجزئية للغازات الموجودة في التفاعل لا تتغير .

تغيرات الحرارة

A  +   B +  حرارة           C  + D

أمامي

عكسي

التفاعل الماص  للحرارة هو :

الأمامي

التفاعل الطارد  للحرارة هو :

العكسي

إضافة الطاقة بصورة حرارة  تزيح الاتزان  إلى الاتجاه الذي يمتص حرارة ،وهذا يرجح حدوث التفاعل ........       للحرارة .

A  +   B +  حرارة           C  + D

الماص

أما إزالة الطاقة فترجح حدوث التفاعل ........       للحرارة .

الطارد

ارتفاع درجة الحرارة يزيد سرعة كل من التفاعلين المتعاكسين بشكل غير متساوٍ . وبناء عليه : 

تتأثر قيمة ثابت الاتزان K بتغير درجة الحرارة .

N2 + 3H2             2NH3 + حرارة

كيف نزيد من إنتاج الأمونيا في الصناعة ؟

1- رفع تركيز المواد المتفاعلة N2 أوH2 

2- إزالة الأمونيا من وسط التفاعل بتكثيفها .

3- خفض درجة الحرارة إلى  500oC

4- رفع الضغط .

لماذا يتم تقليل درجة الحرارة إلى  500oC في صناعة الأمونيا ؟

لأنها تمثل حلاً وسطاً بين ديناميكية التفاعل والاتزان ، فهي مرتفعة لسرعة الوصول إلى حالة الاتزان ، ومنخفضة بما يكفي ليكون تركيز الأمونيا عند الاتزان مهماً .

2NO2(g)               N2O4(g) + حرارة

ماذا يحدث عند رفع درجة الحرارة ؟

بني

عديم اللون

تركيز NO2  

يزداد

تركيز N2O4 

  ينخفض

ما اللون الذي يظهر؟

بني

ماذا يحدث لقيمة ثابت الاتزان K؟ 

تقل

556 kJ +CaCO3(s)             CaO(s) + CO2(g)

إلى أي اتجاه ينزاح  عند ارتفاع درجة الحرارة ؟

الأمامي

ماذا يحدث لقيمة ثابت الاتزان K؟ 

تزداد

هل تؤثر الحفازات على حالة الاتزان ؟ ولماذا ؟

لا

  لأنها تزيد سرعتي التفاعلين الأمامي والعكسي بمعاملات متساوية وبالتالي لا تتأثر الكميات النسبية عند الاتزان 

التفاعلات التي تتجه نحو الاكتمال

يعتمد مدى استهلاك (إزالة) الأيونات المتفاعلة من المحلول على : 

* ذوبانية المركب الناتج .

* درجة تأين المركب الناتج .

الناتج الذي يزيل كمية كبيرة من الأيونات المتفاعلة من المحلول إما: 

1- غاز 

2- راسب

3- مادة ضعيفة التأين

ما التفاعلات التي تتجه نحو الاكتمال ؟

1- تكون غاز 

2- تكون مادة مترسبة 

3- تكون ناتج ضعيف التأين

تأثير الأيون المشترك

حدد هوية الأيون المشترك  في كل مما يلي :

1- إضافة 5gمنNaCl إلى محلول 0.2M HCl

Cl-

2- إضافة 50mLمن محلول 0.1M CH3COONa إلى محلول 1.0M CH3COOH

CH3COO-

3- إضافة 10 حبات من NaOH إلى 100mL من الماء

تذكر:الماء هوH2O   أي     HOH

OH-

ما تأثير الأيون المشترك : 

مثال (1): عند إضافة غاز كلوريد الهيدروجين إلى محلول مشبع من كلوريد الصوديوم ؟

NaCl(s)

Na+(aq)

+

Cl-(aq)

يذوب كلوريد الهيدروجين ويتأين  بشكل تام :

HCl(g)

H3O+(aq)

+

Cl-(aq)

+

H2O(l)

ما الأيون المشترك ؟

Cl-(aq)

إلى أي اتجاه ينزاح الاتزان ؟

العكسي

تفكك

ترسب

هل يترسب الملح أم يذوب المزيد منه ؟

يترسب

هل يزداد تأين الملح أم يقل ؟

يقل

إذاً ما تأثير الأيون المشترك ؟ 

1- يسبب الترسب

2- يقلل التأين

مثال(2): إضافة قليل من ملح CH3COONa إلى محلول CH3COOH

CH3COOH

CH3COO-

+

H3O+

تذوب أسيتات الصوديوم وتتأين  بشكل تام :

CH3COONa

CH3COO-

H2O

+

Na+

ما الأيون المشترك ؟

CH3COO-

إلى أي اتجاه ينزاح الاتزان ؟

العكسي

ماذا يحدث لتركيز 

يقل

H3O+

ماذا يحدث لتركيز                     ؟ 

CH3COOH

يزداد

+H2O

ماذا يحدث لقيمة pH ؟

تزداد

هل يزداد تأين الحمض أم يقل ؟

يقل

مراجعة القسم 7 – 1 :

القسم 7 - 3

الاتزان في محاليل الأحماض والقواعد والأملاح

مؤشرات الأداء :

*يوضح مفهوم ثابت تأين الأحماض .

يكتب تعبير ثابت الاتزان للأحماض .

* يفسر عمل المحاليل المنظمة .

* يقارن بين تميؤ الكاتيون وتميؤ الآنيون .

ثابت تأين الحمض الضعيف Ka

CH3COOH

CH3COO-

+

H3O+

K =

[CH3COO-]

[H3O+]

+H2O

[CH3COOH]

[H2O]

تركيز الماء ثابت فيكون الحاصل 

K

[H2O]

ثابتاً

وبالتالي يكون

K

[H2O]=

Ka

Ka =

[CH3COO-]

[H3O+]

[CH3COOH]

Ka

يسمى ثابت تأين الحمض

Ka

تتغير قيمته بتغير درجة الحرارة .

لحساب Ka يلزم تحديد التراكيز عند الاتزان ويتم ذلك عملياً بقياس pH

المحاليل المنظمة 

تعريف المحلول المنظم :

محلول يقاوم تغيرات pH

* عند إضافة كميات قليلة من حمض أو قاعدة إلى المحلول المنظم  تبقى pH  للمحلول شبه ثابتة .

المحاليل المنظمة 

طرق تحضيرها : 

1- محلول حمض ضعيف وملحه للصوديوم والبوتاسيوم

أمثلة :

1- حمض الأسيتيك وأسيتات الصوديوم .

2- HCOOCH + HCOOK

1- محلول قاعدة ضعيفة وملحها ذو الشق الحمضي القوي 

أمثلة :

1- محلول الأمونيا ( هيدروكسيد الأمونيوم ) وكلوريد الأمونيوم 

2-  NH3  + NH4NO3

عمل المحلول المنظم :

فسر:محلول حمض الأسيتيك وأسيتات الصوديوم يقاوم التغير فيpH عند إضافة قليل من حمض أو قاعدة .

* عند إضافة كمية قليلة من حمض مثل HCl

ما الأيون المشترك ؟

H3O+

إلى أي اتجاه ينزاح الاتزان ؟

العكسي

CH3COOH

CH3COO-

+

H3O+

+H2O

CH3COONa

CH3COO-

H2O

+

Na+

ما الأيونات المتفاعلة ؟

CH3COO-

ماذا ينتج عن ذلك ؟

H3O+

CH3COOH

جزيئات

CH3COO-

+H3O+

CH3COOH

+H2O

ماذا يحدث لتركيز            ؟

يبقى ثابتاً ( تقريباً)

H3O+

ماذا يحدث لقيمة pH ؟

تبقى ثابتة ( تقريباً)

* عند إضافة كمية قليلة من قاعدة مثل NaOH

ما الأيون المشترك ؟

لا يوجد

مع أي أيون يتفاعل أيون         ؟ 

عمل المحلول المنظم :

OH-

H3O+

مع

ما ناتج التفاعل ؟

جزيئات الماء غير المتأينة

ماذا يحدث لتركيز            ؟

يقل

H3O+

CH3COOH

CH3COO-

+

H3O+

+H2O

CH3COONa

CH3COO-

H2O

+

Na+

هل يتاثر الاتزان؟

نعم

إلى أي اتجاه ينزاح الاتزان للتعويض عن النقص في أيونات الهيدرونيوم  ؟

الأمامي

ماذا يحدث لقيمة pH ؟

تبقى ثابتة

CH3COOH

CH3COO-

+

H3O+

+H2O

عمل المحلول المنظم :

فسر:محلول الأمونيا وكلوريد الأمونيوم يقاوم التغير فيpH عند إضافة قليل من حمض أو قاعدة .

* عند إضافة كمية قليلة من حمض مثل HCl

مع أي أيون يتفاعل أيون             ؟ 

H3O+

OH-

مع

ما ناتج التفاعل ؟

جزيئات الماء غير المتأينة

ماذا يحدث لتركيز            ؟

يقل

OH-

هل يتاثر الاتزان؟

نعم

إلى أي اتجاه ينزاح الاتزان للتعويض عن النقص في أيونات الهيدروكسيد  ؟

الأمامي

NH3  + H2O    

NH4+

+ OH-

ماذا يحدث لقيمة pH ؟

تبقى ثابتة

* عند إضافة كمية قليلة من قاعدة مثل NaOH

ما الأيون المشترك ؟

OH-

إلى أي اتجاه ينزاح الاتزان ؟

العكسي

ما الأيونات المتفاعلة ؟

NH4+

+ OH-

ماذا ينتج عن ذلك ؟

جزيئات

NH3

NH4+

+ OH-

NH3  + H2O  

ماذا يحدث لتركيز            ؟

يبقى ثابتاً ( تقريباً)

OH-

ماذا يحدث لقيمة pH ؟

تبقى ثابتة ( تقريباً)

فسر:محلول حمض الأسيتيك وأسيتات الصوديوم يقاوم التغير فيpH عند إضافة قليل من حمض.

CH3COOH

CH3COO-

+

H3O+

+H2O

CH3COONa

CH3COO-

H2O

+

Na+

* عند إضافة كمية قليلة من حمض مثل HCl

يزداد تركيز أيون

فيسير الاتزان في الاتجاه

CH3COO-

H3O+

ويتكون جزيئات

CH3COOH

العكسي أي يتفاعل 

H3O+

من الحمض المضاف مع

فيبقى تركيز أيون

H3O+

وكذلك

pH

ثابتين

* عند إضافة كمية قليلة من قاعدة مثل NaOH

OH-

يتفاعل 

مع

H3O+

ويتكون جزيئات 

H2O

فيسير الاتزان في الاتجاه

الأمامي أي تتأين 

بعض جزيئات

CH3COOH

للتعويض عن النقص في تركيز 

H3O+

CH3COOH

CH3COO-

+

H3O+

+H2O

CH3COONa

CH3COO-

H2O

+

Na+

فسر:محلول حمض الأسيتيك وأسيتات الصوديوم يقاوم التغير فيpH عند إضافة قليل من قاعدة .

فيبقى تركيز أيون

H3O+

وكذلك

pH

ثابتين

فسر:محلول الأمونيا وكلوريد الأمونيوم يقاوم التغير فيpH عند إضافة قليل من حمض.

NH3  + H2O    

NH4+

+ OH-

NH4Cl

NH4+

+ Cl-

* عند إضافة كمية قليلة من حمض مثل HCl

يتفاعل أيون

H3O+

مع

OH-

ويتكون جزيئات 

H2O

فيسير الاتزان في الاتجاه

الأمامي أي تتأين 

بعض جزيئات

NH3

للتعويض عن النقص في تركيز 

OH-

فيبقى تركيز أيون

وكذلك

pH

ثابتين

OH-

فسر:محلول الأمونيا وكلوريد الأمونيوم يقاوم التغير فيpH عند إضافة قليل من قاعدة .

NH3  + H2O    

NH4+

+ OH-

NH4Cl

NH4+

+ Cl-

* عند إضافة كمية قليلة من قاعدة مثل NaOH

يزداد تركيز أيون

OH-

فيسير الاتزان في الاتجاه

العكسي أي يتفاعل 

OH-

مع

NH4+

ويتكون جزيئات

NH3

ضعيفة التأين

فيبقى تركيز أيون

وكذلك

pH

ثابتين

OH-

تطبقيات المحاليل المنظمة  في الكيمياء والفسيولوجيا

pH   الطبيعية للدم بين 7.3 و 7.5

* تغير  pH الدم بشكل كبير قد يؤدي إلى اضطرابات قوية في وظائف الجسم .

حدد نوع المحلول ( منظم أم غير منظم ) : 

المحلول

1.0M NaCl 50mL     

و

1.0M HCl 50mL     

الحمض      أو القاعدة 

ملح/ه/ا

النوع

حمض قوي

غير منظم

1.0M NaNO250mL     

و

1.0M HNO250mL     

حمض ضعيف

ملحه للصوديوم

منظم

حدد نوع المحلول ( منظم أم غير منظم ) : 

المحلول

1.0M CH3COONH4 25mL     

و

الحمض      أو القاعدة 

ملح/ه/ا

النوع

حمض ضعيف

غير منظم

1.0M NaCl 25mL     

و

1.0M HNO250mL     

حمض ضعيف

ليس ملح للحمض

غير منظم

1.0M CH3COOH 25mL     

ليس ملحه للصوديوم أو البوتاسيوم

ثابت تأين الماء 

+

H2O

H3O+

+

H2O

OH-

Kw

=

[ H3O+ ]

[ OH- ]

×

=

1.0×10-14

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق