الهدف
بنهاية هذا الدرس، سيكون الطالب قادراً على كتابة تعبير ثابت الاتزان Kc لتفاعل معين، وحساب قيمته من تراكيز الاتزان المعطاة.
شرح الدرس
ينص قانون فعل الكتلة على أنه عند الاتزان، تكون النسبة بين تركيز النواتج مرفوعة لمعاملاتها وتركيز المتفاعلات مرفوعة لمعاملاتها ثابتة عند درجة حرارة معينة، وتُسمى هذه النسبة ثابت الاتزان Kc.
للتفاعل العام: aA + bB ⇌ cC + dD، يُكتب تعبير ثابت الاتزان: Kc = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b، حيث الأقواس المربعة تعني “التركيز المولاري عند الاتزان”.
تدل القيمة الكبيرة لـ Kc (أكبر بكثير من 1) على أن التفاعل عند الاتزان يميل بشدة نحو تكوين النواتج؛ بينما تدل القيمة الصغيرة لـ Kc (أصغر بكثير من 1) على أن التفاعل يميل بشدة نحو بقاء المتفاعلات دون تحوّل كبير.
أسئلة تدريبية
1. اكتب تعبير ثابت الاتزان Kc للتفاعل: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g).
عرض الإجابة
Kc = [NH₃]² / ([N₂][H₂]³)
2. اكتب تعبير ثابت الاتزان Kc للتفاعل: 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g).
عرض الإجابة
Kc = [SO₃]² / ([SO₂]²[O₂])
3. عند الاتزان، كانت التراكيز كالآتي للتفاعل H₂(g)+I₂(g)⇌2HI(g): [H₂]=0.1 مول/لتر، [I₂]=0.1 مول/لتر، [HI]=0.8 مول/لتر. احسب قيمة Kc.
عرض الإجابة
Kc = [HI]²/([H₂][I₂]) = (0.8)²/(0.1×0.1) = 0.64/0.01 = 64.
4. باستخدام نتيجة السؤال السابق (Kc=64، وهي قيمة كبيرة)، ماذا يستدل حول اتجاه هذا التفاعل عند الاتزان؟
عرض الإجابة
بما أن Kc أكبر بكثير من 1، فهذا يدل على أن التفاعل يميل بشدة نحو تكوين النواتج (HI) عند الاتزان، أي أن معظم المتفاعلات الأصلية تحوّلت فعلياً إلى ناتج.
5. للتفاعل 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g)، عند الاتزان: [NO₂]=0.02 مول/لتر، [N₂O₄]=0.08 مول/لتر. احسب قيمة Kc.
عرض الإجابة
Kc = [N₂O₄]/[NO₂]² = 0.08/(0.02)² = 0.08/0.0004 = 200.
6. لماذا لا تظهر المواد الصلبة النقية أو السوائل النقية في تعبير ثابت الاتزان Kc، حتى لو كانت جزءاً من معادلة التفاعل الموزونة؟
عرض الإجابة
لأن تركيز المادة الصلبة النقية أو السائل النقي يبقى ثابتاً عملياً بغض النظر عن كميتها الموجودة (طالما أن جزءاً منها لا يزال موجوداً)، فيُدمج هذا التركيز الثابت داخل قيمة Kc نفسها بدلاً من ظهوره كمتغيّر منفصل في التعبير.
7. تفاعل معين له Kc=1×10⁻⁸ عند درجة حرارة معينة. ماذا يستدل حول اتجاه هذا التفاعل عند الاتزان؟
عرض الإجابة
بما أن Kc صغيرة جداً (أصغر بكثير من 1)، فهذا يدل على أن التفاعل يميل بشدة نحو بقاء المتفاعلات دون تحوّل كبير إلى نواتج عند الاتزان.
8. اكتب تعبير ثابت الاتزان Kc للتفاعل: CO(g) + Cl₂(g) ⇌ COCl₂(g).
عرض الإجابة
Kc = [COCl₂] / ([CO][Cl₂])
9. عند الاتزان للتفاعل CO(g)+Cl₂(g)⇌COCl₂(g)، كانت التراكيز: [CO]=0.05 مول/لتر، [Cl₂]=0.05 مول/لتر، [COCl₂]=0.5 مول/لتر. احسب Kc.
عرض الإجابة
Kc = [COCl₂]/([CO][Cl₂]) = 0.5/(0.05×0.05) = 0.5/0.0025 = 200.
10. للتفاعل نفسه في السؤال السابق (CO+Cl₂⇌COCl₂)، إذا كانت [CO]=0.02 مول/لتر و[COCl₂]=0.4 مول/لتر عند نفس درجة الحرارة (Kc=200 كما حُسب)، احسب تركيز Cl₂ عند الاتزان.
عرض الإجابة
من Kc=[COCl₂]/([CO][Cl₂])، فإن [Cl₂]=[COCl₂]/(Kc×[CO])=0.4/(200×0.02)=0.4/4=0.1 مول/لتر.
11. لماذا تُكتب معاملات المعادلة الموزونة كأسس (قوى) للتراكيز في تعبير Kc، بدلاً من مجرد ضربها في التركيز؟
عرض الإجابة
لأن قانون فعل الكتلة مبني على أن سرعة كل من التفاعلين الأمامي والعكسي تتناسب مع حاصل ضرب تراكيز المتفاعلات (أو النواتج) كل منها مرفوعاً لمعامله في المعادلة الموزونة (كتمثيل لعدد الجزيئات المشاركة فعلياً في خطوة التصادم الفعال)؛ وعند اشتقاق تعبير Kc من تساوي السرعتين عند الاتزان، تظهر هذه المعاملات كأسس نتيجة لهذه العلاقة الأساسية.
12. تفاعلان مختلفان لهما نفس قيمة Kc تقريباً (كلاهما قريب من 1). ماذا يدل هذا على طبيعة كل من التفاعلين عند الاتزان؟
عرض الإجابة
يدل على أن كلا التفاعلين يصلان عند الاتزان إلى مزيج متوازن نسبياً بين المتفاعلات والنواتج (لا يميل بشدة نحو أي من الجانبين)، بخلاف حالة Kc كبيرة جداً (ميل شديد نحو النواتج) أو Kc صغيرة جداً (ميل شديد نحو المتفاعلات).