مسائل شیمی (ثابت های تعادل 1)

تعادل شیمیایی (Equilibrium Reaction) به حالتی گفته می‌شود که در آن فعالیت شیمیایی و در نتیجه غلظت واکنش گرها و محصولات در واکنش شیمیایی با گذشت زمان تغییر نکند.

پیشتر نیز دانستید که پیرامون رابطه بین غلظت واکنش دهنده ها و فراورده ها، رابطه ثابت تعادل مطرح می شود. تعادل های شیمیایی به دو دسته همگن و ناهمگن تقسیم می شوند.
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.

خواص سیستم را به طور کلی خواص ماکروسکوپی می گویند و به خواص تک تک اتم ها یا مولکول ها مربوط نمی شود.
از خواص ماکروسکوپی می توان به فشار، غلظت، جرم، حجم و حتی رنگ اشاره نمود که این خواص را با حس خود یا توسط وسایل ساده اندازه گیری مانند ترازو یا خط کش مدرج مشاهده می کنیم.

زمانی را که برای به تعادل رسیدن یک سیستم لازم است برای ما مطرح نمی باشد اما حالت سیستم در زمان تعادل مورد نظر ما می باشد.

لازم است بدانید که وقتی سیستمی در حال تعادل است ساکن به نظر می رسد زیرا خواص ماکروسکوپی آن تغییر نمی کندو این حالت باعث گمراهی می شود. یک سیستم تعادلی در سطح اتمی و مولکولی دینامیک است، یعنی تغییرات زیادی به صورت پیوسته اتفاق می افتد اما نتیجه کلی همه این تغییرات در سطح مولکولی هیچ گونه تغییری در سطح ماکروسکوپی به وچود نمی آورد. (فقط با تغییر دما، سیستم تغییر می کند و تغییرات ماکروسکوپی انجام می پذیرد.)

ویژگی های سامانه در حال تعادل:
1- سرعت واکنش رفت (R1) با سرعت واکنش برگشت (R2) یکسان می باشد.
2- غلظت مواد شرکت کننده در تعادل ثابت است و ثابت ماندن غلظت های تعادلی به معنای یکسان بودن غلظت ها نمی باشد.
3- سرعت تولید هر ماده با سرعت مصرف آن ماده برابر است.
4- خواص ماکروسکوپی (ظاهری) سامانه تعادلی بدون تغییر و ثابت باقی می ماند.
5- تعادل در سطح میکروسکوپی، پویا و دینامیک می باشد. یعنی واکنش های رفت و برگشت با سرعت یکسان در حال انجام هستند.
6- سامانه تعادلی باید بسته یا منزوی باشد.

تمام فرآیندهای برگشت پذیر، تمایل رسیدن به یک حالت تعادلی را دارند. برای یک واکنش برگشت پذیر، حالت تعادل وقتی برقرار می‌شود که سرعت واکنش رفت برابر با سرعت برگشت باشد. در یک واکنش تعادلی، از تقسیم ثابت سرعت واکنش رفت Kf بر ثابت واکنش برگشت، Kr، ثابت دیگری بدست می‌آید که ثابت تعادل شیمیایی، K، نامیده می‌شود.
K ثابت تعادل واکنش بوده و مستقل از دما و نوع واکنش است.

نکاتی در مورد K 
1- k معمولا به صورت کسر می باشد که صورت کسر اطلاعاتی درباره محصول واکنش (سمت راست معادله) و مخرج کسر اطلاعاتی در باره مواد اولیه (سمت چپ معادله) به ما می دهد و شکل k به اینکه ما چگونه واکنش را بنویسیم بستگی دارد. مثلا ثابت تعادل برای واکنش زیر به این صورت می باشد:

با استفاده از غلظت تعادلی برحسب (mol/L) معادله به صورت زیر می شود.

برای واکنش

به خاطر داشته باشید که جامد یا مایع در مواد اولیه یا در محصول در تعادل گنجانده نمی شود. فقط گازها یا مواد محلول در عبارت ثابت تعادل گنجانده می شود. بنابراین برای واکنش تعادلی

و برای واکنش

مقدار جامد اضافی اثری بر ثابت تعادل ندارد. برای مقدار کم یا زیاد جامد ثابت تعادل فرقی نمی کند. سرعتی که در آن سرعت تعادل برقرار می شود تحت تاثیر سطح کل جامد قرار می گیرد. بنابر این هنگامی تعادل برقرار می شود، جدا کردن جامد (یا مایع) اضافی اثری بر تعادل نخواهد داشت.
توجه: فرمول تعادل گفته شده نشان می دهد که رفتار مولکول های واکنش دهنده تحت تاثیر مولکول های دیگر موجود در سیستم قرار نمی گیرند. 

می دانید که بیشتر سیستم های گازی و محلول ها ایده آل نمی باشند، رفتار هر مولکول تا حدی تحت تاثیر مولکول های مجاورش می باشد که در نتیجه غلظت موثر یک گونه مشخص فعالیت آن نمونه نام دارد و کمی کمت از غلظت مولی آن نمونه می باشد.
حال مقدار k را در فرآیندهای زیر که حالت های مختلف مواد اولیه و محصول را نشان می دهند بدست می آوریم:
الف) آمونیاک خالص و هیدروژن کلرید خالص، آمونیوم کلرید تشکیل می دهند. 
ب) آمونیاک خالص و هیدروکلریک اسید، آمونیوم کلرید تشکیل می دهند.
ج) محلول آمونیاک و هیدروژن کلرید خالص، آمونیوم کلرید تشکیل می دهند.
د) محلول آمونیاک و هیدروکلریک اسید، آمونیوم کلرید تشکیل می دهند.

آمونیاک خالص – (NH₃(g
هیدروژن کلرید – (HCl (g
محلول آمونیاک – (NH₃(aq
هیدروکلریک اسید – (H⁺(aq) + Cl^-(aq
آمونیوم کلرید – (NH₄Cl (s
آمونیوم کلرید در محلول – (NH₄⁺(aq) + Cl^-(aq
حال می توانیم معادله شیمیایی و عبارت K را  به صورت زیر بنویسیم.

ادامه دارد ...
مسائل شیمی (ثابت های تعادل 2)
منبع:
http://blackwearing.blogfa.com
مرکز یادگیری سایت تبیان، مرجان سلیمانیان