📘 كيمياء — القسم 3-2

العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي

Factors Affecting Chemical Equilibrium — مبدأ لوتشاتلييه وتطبيقاته

⚗️
مبدأ لوتشاتلييه

اكتشفه العالم الفرنسي هنري لويس لوتشاتلييه عام 1888م.

مبدأ لوتشاتلييه

إذا بُذل جهد على نظام في حالة اتزان، فإن ذلك يؤدي إلى إزاحة النظام في الاتجاه الذي يُخفف أثر هذا الجهد.

💡
الجهد هو أي تغيير يؤثر في اتزان نظام معين — كتغيير التركيز أو الحجم أو درجة الحرارة.

التفاعل الأساسي الذي سندرسه (إنتاج الميثان بطريقة هابر):

CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g)  |  ΔH° = −206.5 kJ
📊
قيمة ثابت الاتزان عند الاتزان الأول: Keq = 3.933
[CO]=0.300 M  |  [H₂]=0.100 M  |  [CH₄]=0.0590 M  |  [H₂O]=0.0200 M
🧪
العامل الأول: التغير في التركيز

أ) إضافة متفاعل → إزاحة نحو اليمين (↓ نحو النواتج)

عند زيادة تركيز CO من 0.300 M إلى 1.00 M:

CO ↑
+ 3H₂
⟹
CH₄ ↑
+ H₂O ↑
✅
بعد الإزاحة: Keq = 3.933 (لم يتغير!) ✔  |  [CH₄] ارتفع من 0.0590 إلى 0.06648 M

ب) إزالة ناتج → إزاحة نحو اليمين (↓ نحو النواتج)

إزالة H₂O بإضافة مجفف → النظام يعوّض الماء المُزال:

CO + 3H₂
⟹
CH₄ ↑
H₂O (مُزال)

ج) إضافة ناتج أو إزالة متفاعل → إزاحة نحو اليسار (↓ نحو المتفاعلات)

⬅️
إضافة H₂O (ناتج) → اتزان يزاح نحو اليسار → يتحول إلى متفاعلات
إزالة CO (متفاعل) → اتزان يزاح نحو اليسار
📌
القاعدة الذهبية: تغيير التركيز يغيّر موضع الاتزان، لكن Keq يبقى ثابتًا عند نفس درجة الحرارة.
📦
العامل الثاني: التغير في الحجم والضغط

يؤثر تغيير الضغط فقط إذا اختلف عدد مولات الغازات بين طرفي المعادلة.

CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g)

↙ تقليل الحجم = رفع الضغط

مولات المتفاعلات = 4 مولات
مولات النواتج = 2 مولات

الاتزان يزاح نحو اليمين ✔
(نحو الجهة ذات المولات الأقل)

↗ زيادة الحجم = خفض الضغط

الضغط يقل → الاتزان يزاح نحو الجهة ذات المولات الأكثر

الاتزان يزاح نحو اليسار ✔
(4 مولات > 2 مولات)

⚠️
حالة خاصة: إذا تساوى عدد مولات الغازات على طرفي المعادلة، فإن تغيير الضغط لا يؤثر في الاتزان.
مثال: H₂(g) + Cl₂(g) ⇌ 2HCl(g) → مولان على كل طرف → الضغط لا يؤثر.
📌
تغيير الحجم/الضغط يغيّر موضع الاتزان، لكن Keq يبقى ثابتًا.
🌡️
العامل الثالث: التغير في درجة الحرارة

درجة الحرارة هي العامل الوحيد الذي يغيّر موضع الاتزان وقيمة Keq معًا.

🔥 التفاعل الطارد للحرارة (ΔH سالبة)

CO + 3H₂ ⇌ CH₄ + H₂O + حرارة
  • ↑
    رفع الحرارة → الاتزان نحو اليسار → يقل CH₄ → تقل Keq
  • ↓
    خفض الحرارة → الاتزان نحو اليمين → يزداد CH₄ → تزداد Keq

❄️ التفاعل الماص للحرارة (ΔH موجبة)

حرارة + N₂O₄ ⇌ 2NO₂   ΔH°=+55.3 kJ
  • ↑
    رفع الحرارة → الاتزان نحو اليمين → يزداد NO₂ (بني) → تزداد Keq
  • ↓
    خفض الحرارة → الاتزان نحو اليسار → يزداد N₂O₄ (عديم اللون) → تقل Keq
🔑
تذكر: في التفاعل الطارد للحرارة، الحرارة هي ناتج. في التفاعل الماص للحرارة، الحرارة هي متفاعل. طبّق مبدأ لوتشاتلييه كأنها مادة عادية.
⚡
العامل الرابع: العامل المحفز (الحفاز)
✅
العامل المحفز يزيد سرعة التفاعل بالتساوي في كلا الاتجاهين، لذا يصل التفاعل إلى حالة الاتزان بسرعة أكبر، لكنه لا يغيّر موضع الاتزان ولا قيمة Keq ولا كميات النواتج.
⚠️
الحفاز لا يؤثر في Keq أبدًا — هو فقط يُسرّع الوصول إلى الاتزان.
📋
ملخص مبدأ لوتشاتلييه
الجهد المبذول اتجاه الإزاحة تأثير على Keq
إضافة متفاعل← نحو اليمين (نواتج أكثر)لا يتغير
إزالة متفاعل→ نحو اليسار (متفاعلات أكثر)لا يتغير
إضافة ناتج→ نحو اليسارلا يتغير
إزالة ناتج← نحو اليمينلا يتغير
رفع الضغط (تقليل الحجم)← نحو المولات الأقللا يتغير
خفض الضغط (زيادة الحجم)→ نحو المولات الأكثرلا يتغير
رفع درجة الحرارة (ΔH سالب)→ نحو اليسارتقل Keq
خفض درجة الحرارة (ΔH سالب)← نحو اليمينتزداد Keq
رفع درجة الحرارة (ΔH موجب)← نحو اليمينتزداد Keq
خفض درجة الحرارة (ΔH موجب)→ نحو اليسارتقل Keq
إضافة عامل محفزلا إزاحةلا يتغير
🔑
القاعدة الكبرى: فقط تغيير درجة الحرارة يغيّر قيمة Keq. كل العوامل الأخرى (التركيز، الحجم، الضغط) تغير موضع الاتزان فقط، وتبقي Keq ثابتة.
🏭
تطبيق صناعي: إنتاج الميثان

زيادة التركيز

زيادة CO أو H₂ → المزيد من CH₄
إزالة H₂O بمجفف → المزيد من CH₄

زيادة الضغط

ضغط الوعاء → إزاحة نحو اليمين (4 مولات → 2 مولات) → مزيد من CH₄

خفض الحرارة

التفاعل طارد → خفض الحرارة يزيد CH₄ لكن يُبطئ سرعة التفاعل

إضافة حفاز

يُسرّع الوصول للاتزان دون تغيير كمية CH₄

اختبار العوامل المؤثرة في الاتزان

10 أسئلة — جميع المعطيات مدرجة داخل كل سؤال

السؤال 0 من 10النقاط: 0
1
ما نص مبدأ لوتشاتلييه؟
2
للتفاعل: CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g) إذا أُضيف غاز CO إلى الجهاز المتزن، ما اتجاه إزاحة الاتزان؟
3
للتفاعل: CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g)   ΔH°= −206.5 kJ ما أثر إزالة بخار الماء H₂O من وعاء التفاعل؟
4
للتفاعل: CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g) المتفاعلات: 4 مولات من الغاز  |  النواتج: 2 مولات من الغاز ما أثر تقليل حجم وعاء التفاعل (رفع الضغط)؟
5
التفاعل: H₂(g) + Cl₂(g) ⇌ 2HCl(g) مولات المتفاعلات الغازية = 2 مول  |  مولات النواتج الغازية = 2 مول ما أثر رفع الضغط على هذا الاتزان؟
6
التفاعل: CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g)   ΔH°= −206.5 kJ التفاعل طارد للحرارة. ما أثر رفع درجة الحرارة؟
7
التفاعل: N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g)   ΔH°= +55.3 kJ N₂O₄ عديم اللون، NO₂ بني اللون. عند تبريد مزيج الاتزان، ما الذي يُلاحَظ؟
8
ما العامل الوحيد الذي يغيّر قيمة ثابت الاتزان Keq؟
9
ما أثر إضافة عامل محفز إلى تفاعل في حالة اتزان؟
10
التفاعل: 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) مولات المتفاعلات الغازية = 3 مول  |  مولات النواتج الغازية = 2 مول لزيادة إنتاج SO₃ باستخدام مبدأ لوتشاتلييه، أيٌّ من الإجراءات التالية يكون صحيحًا؟
0من 10