الدرس: 2-5 ثابت الاتزان

لو أخذنا التفاعل الانعكاسي المتزن:

$2{\mathrm{NH}}_3\rightleftharpoons 3{\mathrm{H}}_2+{\mathrm{N}}_2$

$R_b=K_b{\left[H_2\right]}^3\left[N_2\right],R_f=K_f{\left[NH{H}_3\right]}^2$

${\mathbf{R}}_{\mathrm{b}}={\mathbf{R}}_{\mathrm{f}}$

$K_f{\left[{\mathrm{NH}}_3\right]}^2=K_b{\left[H_2\right]}^3\left[N_2\right]$

وبالترتيب نحصل:

$\frac{{\mathrm{K}}_{\mathrm{f}}}{{\mathrm{K}}_{\mathrm{b}}}=\frac{{\left[{\mathrm{H}}_2\right]}^3\left[{\mathrm{N}}_2\right]}{{\left[{\mathrm{NH}}_3\right]}^2}$

العلاقة بين ثابت الاتزان K_eq وثابتي سرعتي التفاعل الأمامي والتفاعل الخلفي:

${\mathrm{K}}_{\mathrm{eq}}=\frac{{\mathrm{K}}_{\mathrm{f}}}{{\mathrm{K}}_{\mathrm{b}}}$

للتفاعل المتزن الآتي:

وجد أن ثابت سرعة التفاعل الأمامي K_f يساوي 0.11 وثابت سرعة التفاعل الخلفي K_b يساوي 0.05 احسب ثابت الاتزان للتفاعل؟

$K_{\text{eq }}=\frac{K_{\mathbf{f}}}{K_b}=\frac{0.11}{0.05}$

تفاعل ما ثابت اتزانه K_eq يساوي 4.24 وإن ثابت سرعة التفاعل الخلفي K_b احسب ثابت سرعة التفاعل الأمامي K_f؟

$$\begin{gathered} K_{\mathrm{eq}}=\frac{K_f}{K_b} \\ 4.24=\frac{\mathrm{Kf}}{0.02} \end{gathered}$$

K_f = 0.0848

وعند قياس التراكيز بالمولارية فإن K_eq يرمز لها K _C ويعرف بثابت الاتزان بدلالة التراكيز المولارية.

ثابت الاتزان K _c

هو حاصل ضرب تراكيز المواد الناتجة إلى حاصل ضرب تراكيز المواد المتفاعلة عند التوازن كل منها مرفوع إلى أس يساوي عدد المولات التي تظهر فيه تلك المادة في المعادلة الموزونة، وهو قيمة ثابتة بثبوت درجة الحرارة K_P وعندما تقاس المواد الغازية بدلالة ضغوطها الجزئية يرمز لثابت اتزانها بالرمز، ويعرف بثابت الاتزان بدلالة الضغوط الجزئية.

ثابت الاتزان بدلالة الضغوط الجزئية K_p

هو حاصل ضرب الضغوط الجزئية للغازات الناتجة إلى حاصل ضرب الضغوط الجزئية للغازات المتفاعلة عند الاتزان كل منها مرفوع إلى أس يساوي عدد المولات التي تظهر فيه تلك المادة في المعادلة المتوازنة، وهو قيمة ثابتة بثبوت درجة الحرارة.

عبر عن ثابت الاتزان بدلالة الضغوط الجزئية للتفاعل الغازي؟

2HBr$\rightleftharpoons$H₂ + Br₂

$K_p=\frac{{\displaystyle {\mathbf{P}}_{\mathrm{H}2}{\mathbf{P}}_{\mathrm{Br}}}}{{\displaystyle {P^{\mathit{2}}}_{{}^{}\mathrm{HBr}}}}$

علل: يمكن التعبير عن ثابت التوازن بدلالة الضغوط الجزئية.

• لأنه يمكن التعبير عن تركيز الغاز بدلالة ضغطه الجزئي والذي من السهل قياسه أكثر من قياس تركيزه المولاري.
• عند التعبير عن ثابت الاتزان بدلالة الضغوط الجزئية K_p للتفاعلات غير المتجانسة، تحذف المواد الصلبة والسائلة النقية عند الكتابة لأن تركيزها يبقى ثابتاً مهما تغيرت كمياتها حتى وإن تغير الحجم، لأن النسبة بين كميتها إلى الحجم تبقى ثابتة.

كيفية التعبير عن ثابت الاتزان بدلالة التراكيز المولارية K _C

نأخذ المثال التالي:

$3A_g+B_g+F_L\rightleftharpoons 2C_g+1/2D_s$

دائماً نكتب العلاقة على ضوء المعادلة المكتوبة حيث نكتب حاصل ضرب تراكيز المواد الناتجة (التي تقع يمين السهمين المتعاكسين) في البسط ونعبر عنها بالرمز [ ] بينما، نكتب حاصل ضرب تراكيز المواد المتفاعلة (التي تقع يسار السهمين) في المقام، أما الأسس التي تظهر أعلى التراكيز [ ] فتمثل مولات كل مادة في معادلة الاتزان، كما موضح أدناه.

${\mathrm{K}}_{\mathrm{C}}=\frac{[\mathrm{C}{]}^2}{\left[\mathrm{A}{]}^3\right[\mathrm{B}]}$

لاحظ لقد أهملنا كتابة تراكيز كل من المادة F السائلة وتركيز المادة D الصلبة كون تركيزيهما ثابتاً لا يتغير عند وصول التفاعل إلى حالة الاتزان.

ملاحظات: عند التعبير عن ثابت الاتزان بدلالة التراكيز المولارية:

• إذا تضمنت المعادلة محلول aq ومادة في حالتها الغازية ومادة سائلة نقيةL نهمل المادة السائلة.
• إذا تضمنت المعادلة مواد بشكل محاليل aq وغازات g فنكتب تراكيزها ولا نهمل أي مادة منها.
• إذا تضمنت المعادلة مواد جميعها بشكل سائل L فنكتب تراكيزها جميعا في علاقة ثابت الاتزان.
• إذا تضمنت المعادلة مواد بشكل غازات ومواد سائلة L نهمل تركيز المادة السائلة.

أكتب ثوابت الاتزان للتفاعلات التالية بدلالة التراكيز المولارية:

2HBr $\rightleftharpoons$ H_{2 g} + Br_{2 g}

^-NO₂^-+H₂o_l$\rightleftharpoons$HNO_2eq+OH

CaCO₃+2HCl$\rightleftharpoons$Co₂+H₂o+CaCl₂

${\mathbf{K}}_{\mathbf{c}}=\frac{\left[{\mathrm{CO}}_2\right]\left[{\mathrm{CaCl}}_2\right]}{[\mathrm{HCl}{]}^2}$

${\mathrm{K}}_{\mathrm{c}}=\frac{\left[{\mathrm{HNO}}_2\right]\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]}{\left[{\mathrm{NO}}_2^{-}\right]}$

${\mathrm{K}}_{\mathrm{c}}=\frac{{\displaystyle \left[{\mathbf{H}}_2\right]\left[{\mathrm{Br}}_2\right]}}{{\displaystyle [\mathbf{HBr}{]}^2}}$

كيفية التعبير عن ثابت الاتزان بدلالة الضغوط الجزئية K _p

نكتب العلاقة على ضوء المعادلة المكتوبة حيث نكتب حاصل ضرب الضغوط الجزئية للغازات (التي تقع يمين السهمين المتعاكسين) في البسط، بينما نكتب حاصل ضرب الضغوط الجزئية للغازات المتفاعلة (التي تقع يسار السهمين) في المقام، أما الأسس التي تظهر أعلى الضغوط فتمثل عدد المولات التي تقع أمام كل مادة في معادلة الاتزان الموزونة، كما موضح أدناه:

عبر عن ثابت الاتزان بدلالة الضغوط الجزئية K _p للتفاعلات التالية؟

N_{2 g} + 3H_{2 g}$\rightleftharpoons$2NH_{3 g}

$K_p=\frac{{\displaystyle {P^2}_{\mathrm{NH}}}}{{\displaystyle {\mathbf{P}}_{\mathbf{N}2}{{\mathbf{P}}^3}_{\mathrm{H}2}}}$

CaCO_{3 s}$\rightleftharpoons$CaO _s + CO_{2 g}

${\mathbf{K}}_{\mathrm{p}}={\mathbf{P}}_{\mathrm{co}2}$

أكتب ثوابت الاتزان بدلالة الضغوط الجزئية للتفاعلات التالية:

3H_{2 g} + N₂$\rightleftharpoons$2NH_{3 g}

_{${\mathbf{K}}_{\mathbf{P}}=\frac{{\mathbf{P}}^2\mathrm{NH}3}{{{\mathbf{P}}^3}_{\mathrm{H}2}\cdot {\mathbf{P}}_{\mathrm{N}2}}$}

2Hg _L + O₂$\rightleftharpoons$2HgO _S

_{$K_P=\frac{1}{P_{02}}$}