الدرس: 2-11 حاصل التفاعل

هو قيمة افتراضية لثابت الاتزان تحسب في لحظة ما خلال التفاعل للتنبؤ بوصوله إلى حالة الاتزان ويعبر عنه بنفس العلاقة المستعملة للتعبير عن ثابت الاتزان غير أن الفرق بينهما هو أن التراكيز المستخدمة في علاقة Q ليست بالضرورة قيم التراكيز المستخدمة عند الاتزان.

أهمية معرفة قيمة حاصل التفاعل Q:

1. التنبؤ بحالة الاتزن أو اتجاه سير التفاعل من خلال مقارنة قيمة ثابت الاتزان مع قيمة حاصل التفاعل فإذا كان:

• Q = K التفاعل أو النظام في حالة اتزان (تراكيز النواتج والمتفاعلات في حالة اتزان).
• Q > K النظام غير متزن وتكون تراكيز النواتج أعلى من تراكيزها عند الاتزان لذا فإنها تتناقص للوصول لحالة الاتزان ومن أجل أن يحدث يستوجب أن يكون التفاعل خلفي.
• Q < K النظام غير متزن حيث تكون تراكيز النواتج أقل من تراكيزها عند الاتزان لذا فإنها تتزايد قيمتها للوصول للاتزان ولكي يتزن يستوجب أن يكون التفاعل أمامي.

2. معرفة حجم إناء التفاعل.

3. معرفة تركيز أحد المواد المتفاعلة أو الناتجة في أي لحظة من التفاعل.

ثابت اتزان التفاعل N_{2 +}3H₂$\rightleftharpoons$2NH₃ عند 500C هو 0.06 ادرس الحالات التالية وقرر اتجاه سير التفاعل؟

نجد قيمة Q لكل حالة ونقارنها مع قيمة KC

$\mathbf{Q}=\frac{{\left[{\mathbf{NH}}_3\right]}^2}{{\left[{\mathbf{H}}_2\right]}^3\left[{\mathbf{N}}_2\right]}=\frac{(0.001{)}^2}{\left(0.002\right)\left(0.0001\right)}=12.5\times {10}^6$

Q > KC اتجاه سير التفاعل خلفي.

وبنفس الأسلوب قرر اتجاه التفاعل في 2و3.

للتفاعل الغازي N_{2 +}3H₂$\rightleftharpoons$2NH₃ ثابت اتزان KC له = 9.

أولاً: هل بإمكان مزيج مكون من 2mole من كل من NH₃ وH₂ وN₂ في وعاء مغلق حجمه لتر يمثل حالة اتزان؟ ولماذا؟

ثانياً: لو افترضنا أن المزيج غير متزن، ما حجم إناء التفاعل لجعله الخليط متزن؟

حجم الإناء = لتر واحد إذاً M = n

$$\begin{gathered} {\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftharpoons 2{\mathrm{NH}}_3 \\ \begin{array}{l}2 \hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}2 \hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}2\end{array} \end{gathered}$$

$$\begin{gathered} \mathbf{Q}=\frac{{\left[{\mathrm{NH}}_3\right]}^2}{\left[{\mathbf{N}}_2\right]{\left[{\mathrm{H}}_2\right]}^3} \\ Q=\frac{(2{)}^2}{2\times (2{)}^3}=0.25 \\ \mathbf{Q}\ne K_c \end{gathered}$$

التفاعل غير متزن بهذه التراكيز.

نفرض حجم الإناء = V

$$\begin{gathered} {\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftharpoons 2{\mathrm{NH}}_3 \\ 2/\mathrm{V}2/\mathrm{V}2/\mathrm{V} \end{gathered}$$

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

$\begin{array}{c}9=\frac{[2/\mathrm{V}{]}^2}{[2/\mathrm{V}][2/\mathrm{V}{]}^3}\\ \\ \mathrm{V}=6\mathrm{L}\end{array}$

في إناء حجمه 2l سخن 1.4mole من الغازات Br₂ ،H₂ ،HBr إلى درجة حرارة معينة حتى وصل التفاعل Br_{2 +}H₂$\rightleftharpoons$2HBr حالة الاتزان فإذا علمت أن ثابت الاتزان لتكوين مول واحد من HBr بدلالة الضغوط الجزئية يساوي 0.25 فما عدد المولات الناتجة والمتبقية عند الاتزان؟

$\begin{array}{cc}1/2{\mathrm{H}}_2+1/2{\mathrm{Br}}_2\rightleftharpoons \mathrm{HBr}& {\mathrm{K}}_{\mathrm{P}1}=0.25\\ {\mathrm{H}}_2+{\mathrm{Br}}_2\rightleftharpoons 2\mathrm{HBr}& {\mathrm{k}}_{\mathrm{P}2}=??\\ {\mathrm{K}}_{\mathrm{P}2}={\left({\mathrm{k}}_{\mathrm{P}1}\right)}^2\Rightarrow {\mathrm{K}}_{\mathrm{P}2}=0.0625=1/16& \end{array}$

من المعادلة الموزونة فإن Δng=0 إذاً:

$\begin{array}{r}{K}_P=K_C=1/16\\ M=\frac{n}{V}=\frac{1.4\mathrm{mol}}{2\mathrm{L}}=0.7\mathrm{mol}/\mathrm{L}\\ \end{array}$

$$\begin{gathered} {\mathrm{H}}_2+{\mathrm{Br}}_2\rightleftharpoons 2\mathrm{HBr} \\ \begin{array}{l}0.7\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em} 0.7\end{array} 0.7 \end{gathered}$$

$\mathbf{Q}=\frac{[\mathrm{HBr}{]}^2}{\left[{\mathrm{H}}_2\right]\left[{\mathrm{Br}}_2\right]}\frac{(0.7{)}^2}{(0.7{)}^2}=1$

Q > KC اذن اتجاه التفاعل خلفي

$$\begin{gathered} {\mathrm{H}}_2+{\mathrm{Br}}_2\rightleftharpoons 2\mathrm{HBr} \\ \begin{array}{l}0.7\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}\hspace{0.25em}0.7\end{array} 0.7 \\ +\mathbf{X}+\mathbf{X}-2\mathrm{X} \\ 0.7+\mathrm{X}0.7+\mathrm{X}0.7-2\mathrm{X} \end{gathered}$$

${\mathbf{K}}_{\mathrm{C}}=\frac{[\mathbf{HBr}{]}^2}{\left[{\mathrm{Br}}_2\right]\left[{\mathbf{H}}_2\right]}\Rightarrow 1/16=\frac{[0.7-2X{]}^2}{[0.7+\mathrm{X}{]}^2}$

يأخذ الجذر التربيعي لطرفي المعادلة وضرب الطرفين في الوسطين نحصل على أن:

$\begin{array}{r}\mathrm{X}=0.233\mathrm{mol}/\mathrm{L}\\ \\ \left[\mathrm{HBr}\right]=0.234\mathrm{mol}/\mathrm{L}\\ \\ \left[{\mathrm{H}}_2\right]=\left[{\mathrm{Br}}_2\right]=0.933\mathrm{mol}/\mathrm{L}\\ \\ \text{ n }=\mathrm{M}\times \mathbf{V}\end{array}$

$=2\times 0.234=0.468\mathrm{mol}$عدد مولات HBr عند الاتزان.

$=2\times 0.933=1.866\mathrm{mol}$عدد مولات H₂ عند الاتزان.

$=2\times 0.933=1.866\mathrm{mol}$عدد مولات Br₂ عند الاتزان.

قيمة حاصل التفاعل الغازي 2CO +O₂$\rightleftharpoons$2CO₂ تساوي (100) وأن التراكيز المولارية عند التوازن لكل من: CO وO₂ وCO₂ وعلى الترتيب (1.6,0.2,0.4) مولاري هل أن: [CO₂] أكثر عند التوازن أم قبله؟

${\mathrm{K}}_{\mathrm{C}}=\frac{{\left[{\mathrm{CO}}_2\right]}^2}{[\mathrm{CO}{]}^2\left[{\mathrm{O}}_2\right]}=\frac{{\displaystyle [1.6{]}^2}}{{\displaystyle \left[0.4{]}^2\right[0.2]}}=80$

$\mathbf{Q}>{\mathbf{K}}_{\mathbf{C}}$ إذاً تركيز CO₂ أكبر قبل اتزان التفاعل.

يختزل NiO ب CO لإنتاج النيكل صناعياً حسب المعادلة Ni(s)+CO₂$\rightleftharpoons$NiO+CO عند درجة 1700C تكون قيمة 700=Keq إذا كان الضغط الكلي 1atm وضغط CO =0.4atm فهل يحدث الاختزال أم لا ولماذا؟

$\begin{array}{c}{\mathrm{P}}_{\mathrm{T}}={\mathrm{P}}_{\mathrm{co}}+{\mathrm{P}}_{\mathrm{cO}2}\\ {\mathrm{P}}_{\text{cO2 }}=1\mathrm{atm}-0.4\mathrm{atm}=0.6\mathrm{atm}\end{array}$

$\mathbf{Q}=\frac{{\mathbf{P}}_{\mathrm{CO}2}}{{\mathbf{P}}_{\mathrm{CO}}} \Rightarrow Q=\frac{0.6}{0.4}=1.5$

Q<k التفاعل غير متزن ولكي يتزن يتجه بالاتجاه الأمامي إذاً يحدث الاختزال تحت هذه الظروف.

فائدة:

يمكنك تحديد اتجاه التفاعل لخليط من تراكيز أو ضغوط المتفاعلات والنواتج دون الاعتماد على قيمة حاصل التفاعل لمقارنتها مع ثابت الاتزان وذلك على ضوء الحالات التالية:

1. أي عبارة تفهم منها أن النواتج ازدادت بعد وصول التفاعل للاتزان يدل على أن اتجاه التفاعل أمامي وأي عبارة تفهم منها أن المتفاعلات ازدادت يدل على أن التفاعل خلفي).

2. مقارنة قيمة تركيز أحد المواد قبل الاتزان مع قيمته عند الاتزان فاتجاه الاتزان يكون باتجاه التركيز الأعلى لتلك المادة عند الاتزان.

3. إذا ازدادت قيمة ثابت اتزان تفاعل ما بعد تغير درجة الحرارة فالتفاعل أمامي لحين الوصول إلى الاتزان الجديد وإذا انخفضت قيمة الثابت فالتفاعل خلفي.

مثال: تفاعل ثابت اتزانه عند درجة 25 يساوي 16 ولكن عند 30 أصبح 4 إذاً بالتسخين انخفضت قيمة الثابت هذا يعني أن اتجاه التفاعل خلفي لحين الوصول إلى الاتزان الجديد عند درجة 30 سيليزية والتفاعل باعث للحرارة.

4. إذا وردت في السؤال عبارة (ارتفعت أو زادت درجة حرارة التفاعل لحين الوصول للاتزان) فهذا يعني أن التفاعل الباعث للحرارة هو الأرجح، أما إذا وردت عبارة (انخفضت درجة حرارة التفاعل لحين الوصول للاتزان) فهذا يعني أن التفاعل الماص للحرارة هو الأرجح.