خصوصیات مشترک واکنشهای تعادلی

با تعادل شیمیائی و تعریف ثابت تعادل برای واکنشهای تعادلی آشنا شدیم. حال برخی خصوصیات یا ویژگی های مشترک واکنشهای تعادلی را بررسی مینمائیم.

مهمترین ویژگی مشترک واکنشهای تعادلی تمایل خودبخودی سیستم برای رسیدن به تعادل یا حالتی از توازن است که در آن نیروهای مخالف در حال رقابت باهم اثر همدیگر را خشی میکنند. این مطلب از این نکته ناشی میشود که شرایط حاکم بر سیستم به گونهای است که با پیشرفت نتیجه به نفع یک عامل، شرایط برای پیشرفت بیشتر نتیجه به نفع آن عامل سختتر میشود. عوامل رقابت کننده باهم میتوانند واکنشهای رفت و برگشت درنظر گرفته شوند. در واکنش رفت تبدیل مواد اولیه به محصولات را داریم، درحالیکه در واکنش برگشت عکس این مطلب صادق است و طی واکنش برگشت تبدیل محصولات به مواد اولیه را داریم. در صورت پیشرفت نتیجه به نفع واکنش رفت (یا برگشت) شرایط برای پیشرفت بیشتر نتیجه برای واکنش رفت (یا برگشت) سختتر میشود درحالیکه برای عامل رقیب یعنی واکنش برگشت (یا رفت) شرایط مساعدتر میشود. این مطلب را هم از نقطه نظر ترمودینامیکی و هم از نقطه نظر سینتیکی (سرعت) میتوان توجیه نمود. از نطقه نظر ترمودینامیکی، با پیشرفت واکنش رفت (یا برگشت) غلظت مواد اولیه (یا محصولات) کاهش مییابد و از طرفی غلظت محصولات (یا مواد اولیه) افزایش مییابد. نتیجه این تغییر غلظتها کاهش پتانسیل شیمیائی مواد اولیه (یا محصولات) و افزایش پتانسیل شیمیائی محصولات (یا مواد اولیه) است، بنابراین از نقطه نظر ترمودینامیکی و پتانسیل های شیمیائی تبدیل مواد اولیه (یا محصولات) به محصولات (یا مواد اولیه) نامطلوبتر میشود و پیشرفت بیشتر واکنش رفت (یا برگشت) سختتر میشود. از نقطه نظر سینتیکی (سرعت) با پیشرفت واکنش رفت (یا برگشت) غلظت مواد واکنش دهنده برای آن واکنش (غلظت مواد اولیه برای واکنش رفت و غلظت محصولات برای واکنش برگشت) کاهش مییابد که این منجر به کاهش سرعت واکنش رفت (یا برگشت) و در نتیجه سختتر شدن پیشرفت واکنش رفت (یا برگشت) میشود ( دقت داشته باشید که سرعت هر واکنش با غلظت مواد واکنش دهنده آن واکنش رابطه مستقیم دارد). نقطه نظر سینتیکی برای تعادل شیمیائی بعداً در بخش "تعادل شیمیائی و سینتیک" مفصلاً بحث خواهد شد. تمایل خود بخودی سیستم برای رسیدن به حالت تعادل در واکنشهای تعادلی همواره مستقل از نقطه شروع وجود دارد. حتی اگر به یک سیستم در حالت تعادل تغییری اعمال شود که منجر به خروج سیستم از حالت تعادل شود، سیستم سعی خواهد کرد که با جابجایی مناسب (تبدیل مواد اولیه به محصولات یا بالعکس) دوباره حالت تعادل را به سیستم برگرداند. این مطلب را بعداً در بخش "اصل لوشاتلیه" بهتر بررسی خواهیم کرد.

از دیگر ویژگیهای واکنشهای تعادلی اینست که از نقاط شروع مختلفی میتوان به حالت تعادل یکسانی رسید. بعنوان مثال واکنش تعادلی زیر را به همراه رابطه ثابت تعادل و مقدار ثابت تعادل داده شده درنظر بگیرید:

فرض کنید در یک ظرف صلب (بدون تغییر حجم) در دمای ثابت،  (به صورت  یا  و  (به صورت  یا  داشته باشیم. مستقل از اینکه چه مقدار از  به صورت  و چه مقدار از  به صورت  و چه مقدار از  به صورت  و چه مقدار از  به صورت  است، در حالت تعادل یا حالت نهایی سیستم، غلظتهای تعادلی بصورت زیر خواهند بود:

ممکن است با  یا با  یا  ،  و  یا با... شروع کنیم، اما در هر صورت به غلظتهای تعادلی یاد شده خواهیم رسید. در صورتیکه در شروع تعداد مول  و  متفاوت از آنچه گفته شده باشند، حالت تعادل سیستم نیز تغییر خواهد کرد. در این راستا میتوان ادعا نمود که حالت تعادل مستقل از نقطه شروع، جهت یا راهی است که بدان میرسد، به شرط آنکه تعداد اتمهای ثابتی از هر عنصر در سیستمی حضور داشته باشند.

واکنشهای تعادلی همچنین در ویژگی پویا یا دینامیک بودن در حال تعادل مشترکند. موقع برقراری حالت تعادل، تبدیل یا جابجایی ماده از یک فرم یا نقطه به فرم یا نقطه دیگر وجود دارد، اما بطور خالص جابجایی وجود ندارد. بعبارتی در حالت تعادل، همچنان واکنشهای رفت و برگشت و تبدیل مواد اولیه به محصولات و بالعکس انجام میشوند و بعبارتی تعادل پویا است (در تکاپو است!)، منتها بعلت توازن و برابری سرعت واکنشهای رفت برگشت تبدیل خالص مواد اولیه به محصولات یا بالعکس وجود ندارد یا معادلاً هرچه ماده اولیه به محصول بخاطر انجام واکنش رفت تبدیل میشود، دقیقاً همانقدر محصول به ماده اولیه بخاطر انجام واکنش برگشت تبدیل میشود. این مطلب را میتوان مثلاً با استفاده از مواد رادیواکتیو اثبات نمود. فرض کنید مقداری اضافی ید جامد معمولی  به مقداری آب خالص اضافه کنیم و صبر کنیم تا تعادل برقرار شود. پس از برقراری تعادل مقداری ید جامد رادیواکتیو  به ظرف اضافه کنیم. مشاهده خواهیم نمود که با وجود آنکه غلظت ید حل شده تغییری نمیکند، محلول خصلت رادیواکتیویته پیدا میکند یا بعبارتی برخی از یدهای معمولی محلول با یدهای رادیواکتیو جایگزین میشوند. این مطلب براین اساس میتواند توجیه شود که بعد از برقراری تعادل همچنان تبدیل ید جامد به ید حل شده و بالعکس برقرار است، منتها بعلت برابری سرعتهای تبدیل، تغییر خالصی در غلظت ید حل شده مشاهده نمیشود.

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

**************************************************

سایت: www.youngchemist.com

مولف: محمد شاهی

نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com

**************************************************

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||