تعادل شیمیایی - محمد مهدی یوسفی

محمد مهدی یوسفی

چهارم تجربی

استاد راهنما: اقای سلامی

موضوع :تعادل شیمیایی

سال : 93-94

تعادل شیمیایی، معرفی واکنش ها و سامانه های تعادلی

این مقاله سرفصلی برای شروع مبحث آشنایی با تعادل های شیمیایی است. در این جا ابتدا شما را با واکنش های برگشت پذیر که مبنای درک عنوان این بخش یعنی تعادل شیمیایی است، آشنا می کنیم و به دنبال آن ویژگی های عمومی سامانه های تعادلی را برخواهیم شمرد.

واکنش های برگشت پذیر و برگشت ناپذیر:

از منظر ترمودینامیک و با توجه به تغییرات آنتالپی و آنتروپی، واکنش ها به دو دسته برگشت ناپذیر و برگشت پذیر تقسیم می شوند. در واکنش های برگشت ناپذیر افزایش آنتروپی و کاهش آنتالپی، به عنوان دو عامل مساعد برای انجام واکنش، هر دو در جهت رفت به وقوع می پیوندند. در نتیجه در جهت برگشت انگیزه ای برای انجام واکنش وجود ندارد.

      سوختن هیدروکربن ها و مواد آلی از جمله سوختن گاز شهری که به طور عمده از گاز متان تشکیل شده است، نمونه ای از واکنش های برگشت ناپذیر هستند.

اما در واکنش های برگشت پذیر هر دو جهت انگیزه ترمودینامیکی مساعد دارند. به عبارتی دیگر کاهش آنتالپی در یک جهت و افزایش آنتروپی در جهت مخالف رخ می دهد. در نتیجه واکنش در شرایطی در جهت رفت و در شرایط دیگر در جهت برگشت خود به خودی است.

واکنش تعادلی:

واکنش تعادلی حالت خاصی از واکنش های برگشت پذیر است که در آن سرعت واکنش  رفت و برگشت یکسان شده و در سامانه ای بسته انجام می شود.

برای مثال واکنش    در یک ظرف سرباز هیچ گاه به تعادل نمی رسد اما از آنجایی که در جهت رفت با افزایش آنتروپی و در جهت برگشت با کاهش آنتالپی همراه است یک واکنش برگشت پذیر است. حال اگر این واکنش در ظرف سربسته صورت گیرد و به شرایطی برسد که سرعت واکنش های رفت و برگشت با یکدیگر برابر شود میگوییم واکنش تعادلی شده است.

نکته:در یک واکنش تعادلی با این که سرعت واکنش های رفت و برگشت با یکدیگر برابر است اماانرژی های فعال سازی الزاما با یکدیگر برابر نیستند. زیرا تاثیر عوامل دیگر مانند غلظت مواد و ماهیت واکنش دهنده ها می تواند تاثیر نابرابری انرژی های فعال سازی را خنثی کند و باعث برابری سرعت واکنش های رفت و برگشت شوند.

همانطور که می دانیم  Kبه دما،  E_aو ماهیت مواد بستگی دارد.

ویژگی های عمومی سامانه های تعادلی:

وقتی یک سامانه در حال تعادل باشد یعنی دارای چهار ویژگی زیر است:

 -1 سامانه تعادلی بسته بوده و با محیط پیرامونش مبادله جرم ندارد.

    یادآوری:اگر یک سامانه با محیط پیرامون خود، نه مبادله جرم و نه مبادله انرژی داشته باشد به آن سامانه ایزوله یا منزوی می گویند.

 - 2 در حالت تعادل سرعت واکنش رفت با سرعت واکنش برگشت برابر است.

 -3 در یک سامانه تعادلی خواص ماکروسکوپی مانند رنگ، غلظت، دما و ... با گذشت زمان بدون تغییر باقی می ماند.

 -4 تعادل در مقیاس میکروسکوپی دینامیک یا پویا است، یعنی واکنش های رفت و برگشت در سطح مولکولی دایما در حال انجام هستند، در نتیجه تعادل ها حالت سکون ندارند.

تذکر:  در حالت تعادل الزاما غلظت واکنش دهنده ها با غلظت فراورده ها برابر نیست، بلکه غلظت هر یک از گونه ها ثابت است. به عبارتی دیگر بعد از برقراری تعادل، غلظت ها ثابت می شود اما غلظت تعادلی واکنش دهنده ها و فراورده ها ممکن است یکسان و یا غیر یکسان باشد.