الاتزان الكيميائي في كيمياء A Level: مبدأ لوشاتلييه وKc وKp

موقع الاتزان في كل منهج

الأفكار الأساسية

مبدأ لوشاتلييه: إذا تغير شرط في نظام متزن ينزاح موضع الاتزان ليقلل أثر التغيير. إضافة متفاعل تزيحه إلى اليمين، وزيادة الضغط تزيحه نحو جزيئات غاز أقل، ورفع الحرارة يزيحه في الاتجاه الماص. والعامل الحفاز يسرّع الاتجاهين بالقدر نفسه، فيُبلغ الاتزان أسرع دون تغيير موضعه.

للتفاعل aA + bB ⇌ cC + dD يكون Kc = [C]^c[D]^d / ([A]^a[B]^b) بتراكيز الاتزان بوحدة mol dm^-3. وKp يستخدم الضغوط الجزئية: الضغط الجزئي للغاز = كسره المولي × الضغط الكلي. وتُستثنى المواد الصلبة في الأنظمة غير المتجانسة، واستنتج الوحدات من التعبير في كل مرة.

تغير التركيز أو الضغط يزيح موضع الاتزان ولا يغير K، إذ تتعدل التراكيز حتى تعود النسبة إلى K. والحرارة وحدها تغير K: للتفاعل الأمامي الطارد يقل K برفع الحرارة، وللماص يزيد.

مثال محلول ١: حساب Kc من الكميات الابتدائية

1. سُخّن 1.00 mol من H2 و1.00 mol من I2 في وعاء مغلق حجمه 1.00 dm^3، وعند الاتزان وُجد 1.56 mol من HI.
2. تكوين 1.56 mol من HI يستهلك 0.78 mol من كل من H2 وI2.
3. عند الاتزان: H2 = 0.22 وI2 = 0.22 وHI = 1.56، وهي التراكيز أيضًا لأن الحجم 1.00 dm^3.
4. Kc = 1.56^2 / (0.22 × 0.22) = 50.3.
5. الوحدات تُختصر، فلا وحدات لـ Kc.

مثال محلول ٢: حساب Kp من الكسور المولية

1. N2O4(g) ⇌ 2NO2(g). عند الاتزان 0.70 mol من N2O4 و0.60 mol من NO2 والضغط الكلي 2.00 atm.
2. مجموع المولات 1.30، والكسران الموليان 0.538 و0.462.
3. الضغطان الجزئيان: 1.077 atm و0.923 atm.
4. Kp = 0.923^2 ÷ 1.077 = 0.791 atm.
5. قد تستخدم أسئلة كامبريدج Pa أو kPa بدل atm، والطريقة واحدة.

أخطاء شائعة تُفقد الدرجات

• استخدام المولات بدل التراكيز في Kc عندما لا يكون الحجم 1 dm^3.
• نسيان رفع التراكيز إلى قوى معاملاتها.
• إدخال المواد الصلبة في تعبير K.
• القول إن العامل الحفاز يزيح الاتزان أو يزيد الناتج.
• القول إن K يتغير بتغير الضغط أو التركيز.
• إهمال الوحدات أو كتابتها عندما تُختصر.

أسلوب الإجابة في الامتحان ودور المدرس

في كل حساب ارسم جدول ICE: الكميات الابتدائية ثم التغير ثم كميات الاتزان، ثم اقسم على الحجم. وفي أسئلة لوشاتلييه اذكر التغير واتجاه الانزياح والسبب في جملة واحدة. وأسئلة الصناعة مثل عملية هابر تريد غالبًا الموازنة بين الناتج والسرعة والتكلفة.

في الحصة الفردية يدرّب المدرس الطالب على جداول ICE بمعاملات صعبة وأحجام غير واحدية حتى يضعها دون تردد، ثم ينتقل إلى أسئلة التفسير ويصححها وفق سلّم التصحيح الرسمي لتكسب الصياغة الدرجة كاملة.

اختبر نفسك

• اكتب Kc للتفاعل N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 ووحداته. (الجواب: [NH3]^2/([N2][H2]^3)، ‏mol^-2 dm^6)
• ماذا يحدث لـ K لتفاعل طارد عند رفع الحرارة؟ (الجواب: يقل)
• هل يغير العامل الحفاز ناتج الاتزان؟ (الجواب: لا، يغير زمن بلوغ الاتزان فقط)
• اكتب Kp للتفاعل CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g). (الجواب: Kp = p(CO2))
• أي جهة يفضلها الضغط المرتفع في 2SO2 + O2 ⇌ 2SO3؟ (الجواب: اليمين، مولات غاز أقل)