عوامل موثر بر ثابت تعادل و جابجایی تعادل های شیمیایی

عوامل مختلفی بر جابجایی تعادل های شیمیایی تاثیر می گذارد که این عوامل در ادامه به تفصیل بررسی و آموزش داده می شود. مبحث تعادل های شیمیایی و عوامل موثر بر ثابت تعادل و جابجایی آن در فصل دوم شیمی پیش دانشگاهی آمده است

• با برقراری تعادل، سرعت واکنش های رفت و برگشت با هم برابر و غلظت مواد شرکت کننده در تعادل ثابت می شود.
• این برابری سرعت ها و ثابت شدن غلظت تا زمانی که عاملی مزاحم تعامل نشود پا برجا می ماند.
• عواملی چون تغییر غلظت ، تغییر فشار و تغییر دما می تواند تعادل را بر هم بزند.

اصل لوشاتلیه:
طبق اصل لوشاتلیه اگر به یک سیستم در حال تعادل یکی از عوامل مزاحمت (فشار،دما،غلظت) وارد شود، سیستم از حالت تعادل خارج می شود و واکنش به سمتی جا به جا می شود تا اثر عوامل مزاحم را از بین ببرد و یا حتی آن را کم تر کند تا دوباره تعادل در سامانه برقرار شود.
تعادل جدید ایجاد شده نسبت به تعادل قبلی شرایط متفاوت تری دارد.

اثر غلظت بر جا به جایی تعادل:

واکنشی را در نظر بگیریم که غلظت های آن در حالت تعادلی است، هم واکنش دهنده ها و هم فرآورده ها. غلظت یکی از شرکت کنندگان در واکنش را کم می کنیم. مثلا واکنش دهنده ی اول. با کم کردن این ماده تعادل به هم ریخته است و باید واکنش به سمتی پیشروی کند تا تعادل دوباره برقرار شود و این کمبود ایجاد شده جبران شود. در نتیجه فراورده ها باید تجزیه شوند و با انجام واکنش برگشت، واکنش دهنده ی کم شده را دوباره تولید کنند تا حدی که سیستم دوباره به تعادل برسد ( یادمان باشد تعادل جدید با تعادل قبلی متفاوت است).

حال تصور کنیم که غلظت یکی از فرآورده ها را کم کرده ایم. وقتی غلظت فرآورده ی مورد نظر از حالت تعادلی کم شود، سیستم باید در جهتی پیشرفت کند تا این کمبود جبران شود. یعنی واکنش در جهت رفت سرعت می گیرد تا غلظت فراورده ی کم شده را به حالت تعادل برساند.

اثر دما بر سیستم های تعادلی:

قبل از شروع این قسمت و یادگیری مطالب این بحث بهتر است دو نکته را بیاد داشته باشیم:
تنها عامل موثر بر مقدار عددیK تنها دما می باشد.

یادگیری کامل واکنش های گرماده و گرماگیر و تعیین موقعیت q در سیستم های تعادلی:

در سیستم های تعادلی نماد q در سمتی است که تعداد مول های گازی آن بیشتر است امتیاز آنتروپی بیشتر (بی نظمی بیشتر) را دارد پس برای اینکه سیستم تعادلی باشد امتیاز سطح انرژی پایین تر و گرماده بودن ( یعنی نمادq) در سمت مخالف باشد. و میدانیم در صورت مشخص بودن گرماده یا گرماگیر بودن واکنش، q را می توان جای گذاری کرد به ترتیبی که با گرماده بودن q در سمت فرآورده و با گرماگیر بودن q در سمت واکنش دهنده هاست.

چگونگی اثر دما
اثر دما در جا به جایی تعادل ها بستگی به این دارد که تعادل گرماگیر باشد یا گرماده یعنی نماد q در سمت راست به هر حال با افزایش دما طبق اصل لوشاتلیه تعادل در جهت مصرف q و با کاهش دما تعادل در جهت تولید q جا به جا می شود.

اثر دما بر تعادل :
q+N2o4=====>2No2
قهوه ای رنگ

همان طور که پیداست این واکنش گرما گیر است پس:

افزایش دما: طبق اصل لوشاتلیه تعادل در جهت مصرف q یعنی در جهت رفت حرکت می کند تا با مصرف گرما تغییر تحمیل شده (افزایش دما) را تا حدی خنثی کند.

نکته:
با افزایش دما هم سرعت واکنش رفت و هم سرعت واکنش برگشت زیاد می شود؛ زیرا افزایش دما سرعت هر نوع واکنش شیمیایی را زیاد می کند.

کاهش دما: با کاهش دما طبق اصل لوشاتلیه تعادل در جهت تولید q یعنی در جهت برگشت جا به جا می شود و با تولید گرما تغییر تحمیل شده (کاهش دما) را تا حدی خنثی کند.

نکته:
با کاهش دما هم سرعت واکنش رفت و هم سرعت واکنش برگشت کم می شود؛ زیرا کاهش دما سرعت هر نوع واکنش شیمیایی را کم می کند.

• با افزایش دما تعادل در جهتی جا به جا می شود که گرما را جذب کند
• با کاهش دما تعادل در جهتی جا به جا می شود که گرما را آزاد کند.

اثر فشار بر سیستم های تعادلی:

 نکته:

• تغییرات فشار فقط روی جا به جایی تعادل هایی موثر است که تعداد مول های گازی دو طرف آن ها با یک دیگر برابر نباشد.
• با افزایش فشار، تعادل به سمت تعداد مول های گازی کم تر پیش می رود تا با کم کردن تعداد مول های گازی و کم شدن فشار تغییر تحمیل شده (یعنی افزایش فشار) را تا حدودی خنثی کرده باشد.
• با کاهش فشار، تعادل به سمت تعداد مول های گازی بیش تر پیش می رود تا با زیاد کردن تعداد مول های گازی و زیاد کردن فشار تغییر تحمیل شده (یعنی کاهش فشار) را تا حدودی خنثی کرده باشد.
• در سیستم های گازی کم کردن حجم ظرف به معنی زیاد کردن فشار و زیاد کردن حجم ظرف به معنی کم کردن فشار است.

  اثر تغییرات فشار روی تعادل:
  PCl5====>PCl3 + Cl2

افزایش فشار: در این تعادل اگر فشار را زیاد کنیم، طبق اصل لوشاتلیه تعادل به سمت تعداد مول های گازی کم تر، یعنی در جهت برگشت جا به جا می شود و در نتیجه مقدار (PCl3(g و (Cl2(g کم و مقدار (PCl5(g زیاد می شود.

نکته:
با کم کردن حجم در سیستم گازی، سیستم (یعنی افزایش فشار) غلظت کلیه ی مواد ، در تعادل جدید افزایش می یابد.

به عنوان مثال در تعادل فوق با کم کردن حجم سیستم، تعادل در جهت برگشت جا به جا می شود و همان طور که گفته شد مقدار (PCl3(gو (Cl2(g کم می شود اما غلظت (PCl5(g و (Cl2(g افزایش می یابد. زیرا با این که مقدار این دو ماده کم شده ولی چون حجم سیستم هم کاهش یافته است، آزمایش نشان می دهدکه نسبت مقدار به حجم (غلظت) افزایش می یابد.

با کم کردن حجم در سیستم گازی، سیستم (یعنی افزایش فشار)، هم سرعت واکنش رفت و هم سرعت واکنش برگشت زیاد می شود ؛ زیرا با افزایش فشار، تعداد مولکول های گازی در واحد حجم بیش تر شده و احتمال برخوردهای مولکولی موثر بیش تر می شود؛ لذا سرعت واکنش ( هم رفت و هم برگشت) زیاد می شود.

کاهش فشار :
در تعادل فوق اگر فشار را کم کنیم طبق اصل لوشاتلیه تعادل به سمت مول های گازی بیش تر، یعنی در جهت رفت جابه جا می شود، در نتیجه مقدار (PCl5(g کم ومقدار(PCl3(g و (Cl2(g زیاد می شود.

نکته:
در سیستم های گازی، با زیاد کردن حجم سیستم (یعنی کاهش فشار) غلظت کلیه ی مواد، در تعادل جدید، کاهش می یابد.

به عنوان مثال درتعادل فوق با زیاد کردن حجم سیستم تعادل در جهت رفت جابه جا می شود وهمان طور که گفته شد مقدار(PCl3(g و (Cl2(g زیاد می شود اما غلظت(PCl3(g و (Cl2(gکاهش می یابد زیرا با اینکه مقدار این 2 ماده زیاد شده ولی چون هم حجم سیستم هم افزایش یافته است آزمایش نشان می دهد که نسبت مقدار به حجم(که همان غلظت است) کاهش می یابد.

نکته:
در سیستم های گازی بازیاد کردن حجم سیستم (یعنی کاهش فشار) هم سرعت واکنش برگشت هم سرعت واکنش رفت کم می شود؛ زیرا با کاهش فشار تعداد مولکول های گازی در واحد حجم کمتر شده و احتمال برخورد های مولکولی موثر کمتر می شود لذا سرعت واکنش رفت و برگشت کم می شود.

پس در کلیه ی سیستم های گازی:

افزایش سرعت واکنش( هم رفت و هم برگشت)⇨افزایش غلظت کلیه ی مواد⇨افزایش فشار(کاهش حجم)

کاهش سرعت واکنش (هم رفت و هم برگشت)⇨کاهش غلظت کلیه ی مواد⇨کاهش فشار (افزایش حجم)

در تعادل هایی که هیچ گونه ماده ی گازی شکل نداریم تغییرات فشار بر جا به جایی تعادل و نیز بر سرعت واکنش بی اثر است.

اگر در یک تعادل، تعداد مول های گازی دو طرف با یک دیگر برابر باشند تغییرات فشار بر جا به جایی تعادل بی اثر است اما با افزایش فشار سرعت واکنش رفت و برگشت به یک نسبت زیاد می شود.