نسخة الفيديو النصية
انظر التفاعل الموضح. ثلاثة A غاز زائد اثنين B غاز في حالة اتزان مع اثنين C غاز زائد D غاز. Δ𝐻 يساوي سالب 175 كيلو جول لكل مول. أي من التغيرات الآتية لن يزيح الاتزان إلى اليسار؟ (أ) إزالة نصف كمية B من التفاعل. (ب) زيادة تركيز D. (ج) تقليل الضغط. (د) تقليل درجة الحرارة. (هـ) زيادة درجة الحرارة.
لدينا في معطيات هذا السؤال تفاعل اتزان. إذا أردنا أن نفهم كيف تؤثر تغيرات ظروف التفاعل على تفاعل الاتزان، فعلينا الرجوع إلى قاعدة لوشاتيليه. تنص قاعدة لوشاتيليه على أنه في حالة الاتزان الديناميكي، إذا تغيرت ظروف التفاعل، فإن موضع الاتزان يتحرك ناحية مقاومة التغير. والاتزان الذي يتحقق في التفاعل الكيميائي يعد اتزانًا ديناميكيًّا. هذا يعني أن التفاعل الأمامي حيث تتفاعل المتفاعلات لتكوين النواتج، والتفاعل الخلفي حيث تتفاعل النواتج لتكوين المتفاعلات، يحدثان بالمعدل نفسه. ويتوازن التفاعل الأمامي والتفاعل الخلفي، بحيث لا يلاحظ أي تغير عياني.
عندما تتغير ظروف التفاعل، تنص قاعدة لوشاتيليه على أن موضع الاتزان يتحرك ناحية مقاومة التغير. فما يحدث على المستوى المجهري هو أن التغير في ظروف التفاعل يؤدي إلى إعطاء الأفضلية إما للتفاعل الأمامي أو التفاعل الخلفي. عندما تعطى الأفضلية للتفاعل الأمامي، يكون موضع الاتزان أكثر ميلًا ناحية النواتج عما كان عليه قبل التغير. باللغة المستخدمة في هذا السؤال، يمكننا القول إن موضع الاتزان سينزاح إلى اليمين. وإذا أعطيت الأفضلية للتفاعل الخلفي، فسينزاح موضع الاتزان إلى اليسار باتجاه المتفاعلات. دعونا نستكشف هذه النظرية من خلال استعراض تأثير التغيرات الموضحة في خيارات الإجابة.
يطلب منا السؤال تحديد التغير الذي لن يزيح الاتزان إلى اليسار. إذن، سيكون الخيار الصحيح هو التغير الذي يؤدي إلى إعطاء الأفضلية للتفاعل الأمامي. دعونا الآن نلق نظرة على التغيرات الموجودة في الخيارات. تذكر العبارة (أ) إزالة نصف كمية B من التفاعل. يمثل هذا المخطط الشكل الذي قد يبدو عليه النظام عندما يكون في حالة اتزان، وكل نوع ممثل فيه بكرة ملونة مختلفة. بعد إزالة نصف كمية جسيمات B، لم يعد النظام في حالة اتزان. ومن أجل استعادة حالة الاتزان، تعطى الأفضلية للتفاعل الخلفي لكي يتكون المزيد من جسيمات B. ومن ثم، يؤدي هذا التغير إلى إزاحة الاتزان إلى اليسار. إذن الخيار (أ) ليس الإجابة الصحيحة.
دعونا نعد المخطط إلى حالة الاتزان الأصلية ونلق نظرة على العبارة (ب). تؤدي زيادة تركيز D إلى خروج النظام من حالة الاتزان. ونتيجة لهذا التغير، يتفاعل الفائض من جسيمات D، ما يقلل من تركيز D. إذن، تعطى الأفضلية للتفاعل الخلفي في هذه الحالة. ومن ثم، فإن هذا التغير سيؤدي أيضًا إلى إزاحة الاتزان إلى اليسار. ويكون الخيار (ب) ليس صحيحًا.
في الخيار (ج)، يتغير الضغط. ينتج الضغط الموجود في وعاء الغاز عن اصطدام جسيمات الغاز بجدران الوعاء. وكلما زادت التصادمات بجوانب الوعاء زاد الضغط. هذا يعني أن الوعاء الذي يحتوي على عدد أكبر من جسيمات الغاز سيكون ضغطه أعلى من الوعاء الذي يحتوي على عدد أقل من هذه الجسيمات. وإذا قل الضغط فسينزاح موضع الاتزان لزيادة الضغط. وسيزداد الضغط إذا كان هناك المزيد من جسيمات الغاز في النظام. يوجد إجمالًا خمسة جسيمات غاز في جانب المتفاعلات، وثلاثة جسيمات غاز إجمالًا في جانب النواتج. إذن، يستعيد النظام حالة الاتزان إذا أعطيت الأفضلية للتفاعل الخلفي؛ لأن التفاعل الخلفي سيزيد من عدد جسيمات الغاز في النظام. ومن ثم، سيؤدي هذا التغير أيضًا إلى إزاحة الاتزان إلى اليسار.
يتعلق الخياران التاليان بدرجة الحرارة؛ لذا دعونا نتناولهما معًا. نعلم أنه إذا قلت درجة الحرارة، فسينزاح الاتزان لزيادة درجة الحرارة، ويحدث العكس إذا زادت درجة الحرارة. لكن كيف يؤدي تفاعل كيميائي إلى زيادة درجة الحرارة أو تقليلها؟ يمكن أن تطلق التفاعلات الكيميائية الطاقة أو تمتصها من البيئة في صورة حرارة. إذا أطلقت الطاقة في البيئة المحيطة، فستزيد درجة حرارة البيئة المحيطة. وإذا امتص النظام الطاقة من البيئة المحيطة، فستقل درجة حرارة البيئة المحيطة.
يسمى التفاعل الذي يطلق حرارة تفاعلًا طاردًا للحرارة. للتفاعلات الطاردة للحرارة تغير في الإنثالبي، Δ𝐻، أقل من صفر. وتسمى التفاعلات التي تمتص الطاقة تفاعلات ماصة للحرارة. ويكون Δ𝐻 لها أكبر من صفر. التغير في الإنثالبي المذكور هنا سالب. هذا يعني أن التفاعل الأمامي طارد للحرارة. عندما يكون التفاعل الانعكاسي طاردًا للحرارة في اتجاه معين، يكون الاتجاه المعاكس ماصًّا للحرارة والعكس صحيح. وبذلك، نعلم أن التفاعل الأمامي سيزيد درجة حرارة البيئة المحيطة. والتفاعل الخلفي سيقلل درجة حرارة البيئة المحيطة. لذا، ستعطى الأفضلية للتفاعل الأمامي إذا قلت درجة الحرارة. بمعنى آخر، سينزاح الاتزان إلى اليمين. وفي حالة زيادة درجة الحرارة، فستعطى الأفضلية للتفاعل الخلفي. ومن ثم، سينزاح الاتزان إلى اليسار.
إذن، في التفاعل الموضح، التغير الوحيد المذكور في الخيارات الذي لن يزيح الاتزان إلى اليسار هو تقليل درجة الحرارة.
