تُستخدم مركّبات الفلور مثل فلوريد الصوديوم في معاجين الأسنان؛ حيث يحلّ أيون الفلوريد F⁻ محل أيون الهيدروكسيد (OH⁻) في هيدروكسي أباتيت مكوّنًا فلورو أباتيت Ca₅(PO₄)₃F؛ فإن السبب العلمي لكون هذا المركّب الجديد أكثر مقاومة لتآكل المينا هو أنه:
أقل استقرارًا فيتحلل بسهولة أكبر أمام الأحماض
يمنع البكتيريا من إنتاج حمض اللاكتيك نهائيًا
يزيد من إنتاج اللعاب في الفم
أكثر مقاومة للذوبان في الوسط الحمضي الناتج عن نشاط البكتيريا مقارنة بهيدروكسي أباتيت الأصلي
في التفاعل المتزن PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g)، عند سحب كمية من غاز الكلور Cl₂ من وعاء التفاعل، فإن موضع الاتزان ينزاح نحو:
تكوين مزيد من PCl₅
لا يتأثر موضع الاتزان
تتوقف عملية التفكك نهائيًا
تكوين مزيد من PCl₃ و Cl₂
يُصنَّف الاتزان في التفاعل الآتي: CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) بأنه اتزان:
متجانس؛ لتشابه حالات جميع المواد
اتزانًا غير عكسي
اتزانًا لا ينطبق عليه مبدأ لوشاتلييه
غير متجانس؛ لاختلاف الحالة الفيزيائية بين المواد الصلبة والغازية فيه
في تفاعل هابر N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) (طارد للحرارة)، إذا أُريد زيادة كمية الأمونيا الناتجة عند الاتزان صناعيًا، فإن الجمع الأنسب بين الظروف من حيث الضغط ودرجة الحرارة وفق مبدأ لوشاتلييه هو:
ضغط منخفض ودرجة حرارة مرتفعة جدًا
ضغط منخفض ودرجة حرارة منخفضة معًا
ضغط مرتفع ودرجة حرارة منخفضة نسبيًا (مع مراعاة سرعة تفاعل مقبولة عمليًا)
لا علاقة للضغط أو درجة الحرارة بكمية الأمونيا الناتجة
يُوصف التفاعل بأنه في حالة اتزان كيميائي عندما تصبح:
سرعة التفاعل الأمامي أكبر من سرعة التفاعل العكسي
سرعة التفاعل العكسي أكبر من سرعة التفاعل الأمامي
سرعة التفاعل الأمامي مساوية لسرعة التفاعل العكسي
سرعتا التفاعلين معًا تساويان صفرًا
في تفاعل غازي متزن يحتوي على أربعة مولات من المواد المتفاعلة الغازية ومولين فقط من المواد الناتجة الغازية، عند مضاعفة الضغط الكلي المؤثر فيه (بتنصيف الحجم) عند الدرجة نفسها من الحرارة، فإن العبارة الصحيحة هي:
ينزاح موضع الاتزان نحو المواد المتفاعلة؛ لأنها الأكثر عددًا من حيث المولات
ينزاح موضع الاتزان نحو المواد الناتجة؛ لأنها تحتوي على عدد أقل من مولات الغازات
لا ينزاح موضع الاتزان إطلاقًا
يتضاعف تركيز جميع المواد بالتساوي دون أي انزياح فعلي في موضع الاتزان
يصف التفاعل العكسي في معادلة الاتزان الكيميائي:
التفاعل الذي يسير من اليسار إلى اليمين في المعادلة
التفاعل غير العكسي بشكل عام
التفاعل الذي يسير من اليمين إلى اليسار في المعادلة (عودة النواتج إلى متفاعلات)
تفاعلًا لا علاقة له بالاتزان الكيميائي
عند إضافة كمية من أحد المواد الناتجة إلى تفاعل متزن عند الدرجة نفسها من الحرارة، فإن موضع الاتزان ينزاح نحو:
جهة المواد المتفاعلة؛ لتقليل أثر هذه الإضافة
جهة المواد الناتجة
لا ينزاح الاتزان إطلاقًا
تتوقف التفاعلات كافة فورًا
لوحظ في تفاعل N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) أن لون الخليط الغازي (بنيّ محمر) يستقر عند شدة معيّنة بعد فترة من بدء التفاعل ولا يتغيّر بعدها؛ فإن أفضل تفسير علمي لذلك هو أن:
النظام وصل إلى حالة اتزان ديناميكي؛ حيث تتساوى سرعتا التفاعلين الأمامي والعكسي فتثبت التراكيز واللون الناتج عنها
التفاعل قد توقف بالكامل بين الاتجاهين
غاز N₂O₄ قد نفد بالكامل من الوعاء
التفاعل تحوّل إلى تفاعل غير عكسي
من العوامل الرئيسة التي تؤثر في موضع الاتزان الكيميائي وفق مبدأ لوشاتلييه:
اللون ولزوجة المحلول فقط
حجم الإناء فقط دون غيره
التركيز والضغط ودرجة الحرارة
نوع الإناء المستخدم فقط
يصف التفاعل الأمامي في معادلة الاتزان الكيميائي:
التفاعل الذي يسير من اليمين إلى اليسار في المعادلة
التفاعل الذي يحدث فقط عند إضافة عامل مساعد
التفاعل الذي يتوقف عند الوصول إلى الاتزان
في التفاعل المتزن N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)، عند زيادة تركيز غاز النيتروجين N₂ عند الدرجة نفسها من الحرارة، فإن موضع الاتزان ينزاح نحو:
تكوين مزيد من غازي N₂ و H₂
تكوين مزيد من غاز الأمونيا NH₃
لا يمكن تحديد ذلك دون معرفة الضغط
في التفاعل الغازي المتزن N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)، عند زيادة حجم وعاء التفاعل (تقليل الضغط الكلي)، فإن موضع الاتزان ينزاح نحو:
جهة تكوين الأمونيا NH₃ (مولان غازيان)
جهة المواد المتفاعلة N₂ و H₂ (4 مولات غازية)
لا يتأثر موضع الاتزان بتغيّر الحجم
يتوقف التفاعل الأمامي فقط
يبيّن الشكل البياني لتغيّر سرعتي التفاعل الأمامي والعكسي مع الزمن لتفاعل عكسي أن سرعة التفاعل الأمامي تتناقص تدريجيًا من قيمة عالية في البداية بينما تتزايد سرعة التفاعل العكسي من الصفر، حتى تتقاطع السرعتان عند نقطة معيّنة؛ فإن هذه النقطة تمثّل:
بداية التفاعل فقط
لحظة توقف التفاعل نهائيًا
لحظة إضافة عامل مساعد للتفاعل
حالة الاتزان الكيميائي؛ حيث تتساوى السرعتان بعدها وتثبت التراكيز
يعمل العامل المساعد على تقليل الزمن اللازم للوصول إلى حالة الاتزان الكيميائي عن طريق:
زيادة تركيز المواد المتفاعلة ابتداءً
تمهيد مسار بديل للتفاعل يجعل حدوثه أسرع
تقليل درجة حرارة التفاعل
زيادة حجم وعاء التفاعل
في التفاعل الغازي المتزن CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g)، عند زيادة الضغط الكلي المؤثر في الخليط الغازي (بتقليل حجم الوعاء)، فإن موضع الاتزان ينزاح نحو:
جهة المواد الناتجة (مولان غازيان فقط)
جهة المواد المتفاعلة (4 مولات غازية)
لا ينزاح الاتزان إطلاقًا؛ لتساوي عدد المولات
يتوقف التفاعل بالكامل
عند زيادة تركيز أحد المواد المتفاعلة في تفاعل متزن عند الدرجة نفسها من الحرارة، فإن موضع الاتزان ينزاح نحو:
جهة المواد المتفاعلة نفسها
جهة عشوائية غير محددة
جهة تكوين المواد الناتجة؛ لتقليل أثر هذه الزيادة
يبيّن الجدول الآتي قيم ثابت الاتزان (Kc) لتفاعل معيّن عند ثلاث درجات حرارة مختلفة، وتبيّن أن قيمة Kc تقلّ كلما ارتفعت درجة الحرارة؛ فإن هذا يشير إلى أن التفاعل الأمامي (تكوين النواتج) في هذا الاتزان:
ماصّ للحرارة
لا علاقة له بالطاقة الحرارية إطلاقًا
غير عكسي بطبيعته
طارد للحرارة
في التفاعل الغازي المتزن H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)، عند تغيير حجم وعاء التفاعل (زيادة أو نقصان الضغط الكلي)، فإن موضع الاتزان:
ينزاح نحو تكوين HI دائمًا
ينزاح نحو تكوين H₂ و I₂ دائمًا
لا ينزاح؛ لتساوي عدد المولات الغازية على الجانبين (مولان مقابل مولين)
ينزاح باتجاه عشوائي غير قابل للتنبؤ
يتحول غاز ثاني أكسيد النيتروجين البنيّ اللون NO₂ إلى غاز رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين عديم اللون N₂O₄ والعكس؛ ولوحظ أن شدة اللون البنيّ للخليط الغازي تزداد عند تسخينه؛ فإن هذا يدل على أن تفاعل تكوّن NO₂ (التفاعل الأمامي في الاتجاه الماص للحرارة):
يقل بارتفاع درجة الحرارة
يزداد بارتفاع درجة الحرارة
لا يتأثر بدرجة الحرارة إطلاقًا
يتوقف تمامًا عند التسخين
عند إضافة عامل مساعد إلى تفاعل عكسي عند حالة الاتزان بالفعل، فإن العبارة الأدق لوصف ما يحدث هي:
يزداد تركيز المواد الناتجة عند الاتزان الجديد بشكل ملحوظ
تزداد سرعتا التفاعلين الأمامي والعكسي بالمقدار نفسه تقريبًا فيصل النظام إلى الاتزان نفسه (نفس التراكيز) بزمن أقصر فقط
يقل تركيز المواد المتفاعلة عند الاتزان الجديد بشكل دائم
يتحول موضع الاتزان بالكامل نحو المواد الناتجة
في تفاعل صناعي لتحويل غاز أول أكسيد الكربون وبخار الماء إلى ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g)، إذا رُفعت درجة الحرارة فوجد أن كمية H₂ الناتجة عند الاتزان الجديد أقل مما كانت عليه عند الدرجة الأقل، فإن هذا يدل على أن التفاعل الأمامي (تكوين CO₂ و H₂) في هذا الاتزان:
لا يتأثر بدرجة الحرارة
تفاعل غير عكسي
يتكوّن اتزان حيوي بين الهيموغلوبين والأكسجين في الدم وفق المعادلة Hb(aq) + 4O₂(g) ⇌ Hb(O₂)₄(aq)؛ فعندما يصل الهيموغلوبين المؤكسج إلى أنسجة الجسم حيث يكون تركيز الأكسجين منخفضًا، فإن الاتزان ينزاح نحو:
جهة تكوين مزيد من الهيموغلوبين المؤكسج
لا ينزاح الاتزان في الأنسجة إطلاقًا
جهة تحرير الأكسجين المرتبط بالهيموغلوبين
جهة تكوين مركّب جديد غير مذكور في المعادلة
في تفاعل هابر لتصنيع الأمونيا N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)، فإن استخدام عامل مساعد في العملية الصناعية يهدف بشكل رئيس إلى:
تقليل الزمن اللازم للوصول إلى حالة الاتزان دون تغيير تركيز الأمونيا عند الاتزان
زيادة تركيز الأمونيا الناتجة عند الاتزان
تحويل التفاعل إلى تفاعل غير عكسي
زيادة درجة حرارة التفاعل بشكل تلقائي
تفاعل غازي متزن عدد مولات الغازات في طرفيه متساوٍ تمامًا (مثل H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g))؛ فإن تغيير حجم وعاء التفاعل (وبالتالي الضغط الكلي) عند الدرجة نفسها من الحرارة يؤدي إلى:
انزياح موضع الاتزان نحو تكوين مزيد من HI دائمًا
انزياح موضع الاتزان نحو تفكك HI دائمًا
عدم انزياح موضع الاتزان إطلاقًا؛ لأن عدد المولات الغازية متساوٍ على الجانبين
توقف التفاعل بالكامل عند أي تغيّر في الحجم
عند مقارنة تفاعلين متزنين لهما قيمة ثابت اتزان (Kc) عند الدرجة نفسها من الحرارة، أحدهما تفاعل متجانس بالكامل (جميع مواده غازية) والآخر تفاعل غير متجانس يحوي مادة صلبة، فإن تعبير ثابت الاتزان للتفاعل غير المتجانس يختلف عن نظيره المتجانس بأنه:
يتضمن تركيز المادة الصلبة مرفوعًا لأس سالب دائمًا
يتضمن حجم المادة الصلبة بدلًا من تركيزها
لا يتضمن تركيز المادة الصلبة؛ لأن كثافتها (وبالتالي تركيزها الفعلي) تبقى ثابتة
لا يمكن كتابة تعبير ثابت اتزان لأي تفاعل غير متجانس إطلاقًا
في التجربة الاستهلالية لدرس الاتزان الكيميائي (تسامي اليود) داخل وعاء مغلق يحوي بلورات اليود الصلب وبخاره، فإن الحالة الموصوفة عند ثبات لون بخار اليود مع الزمن تمثّل:
توقف تسامي اليود بشكل كامل
تفاعلًا كيميائيًا غير عكسي
تبخّرًا نهائيًا لكل اليود الصلب
حالة اتزان ديناميكي بين اليود الصلب وبخاره
في التفاعل الغازي المتزن 4NH₃(g) + 3O₂(g) ⇌ 2N₂(g) + 6H₂O(g)، عند زيادة الضغط الكلي المؤثر في وعاء التفاعل (بتقليل الحجم)، فإن موضع الاتزان ينزاح نحو الجهة صاحبة العدد الأقل من مولات الغازات، وهي:
جهة المواد الناتجة (8 مولات غازية)
جهة المواد المتفاعلة (7 مولات غازية)
لا ينزاح الاتزان؛ لتقارب عدد المولات
العالم الذي درس التغيّرات التي يمكن أن تؤثر في حالة الاتزان لتفاعل ما وصاغ المبدأ المعروف باسمه هو:
هنري لوشاتلييه
أنطوان لافوازييه
كاتو جولدبرج
جون دالتون
في التفاعل الماص للحرارة PCl₅(g) + حرارة ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g)، عند رفع درجة حرارة الخليط الغازي، فإن موضع الاتزان ينزاح نحو:
جهة تكوين مزيد من PCl₅ (الاتجاه الطارد)
جهة تكوين مزيد من PCl₃ و Cl₂ (الاتجاه الماص)
لا يتأثر موضع الاتزان بدرجة الحرارة
يتوقف التفاعل العكسي فقط
في التجربة العملية لأثر درجة الحرارة على اتزان N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) الماص للحرارة، عند وضع أنبوب الاختبار المحتوي على الخليط الغازي في حمام مائي ساخن، يُلاحظ أن لون الخليط:
يصبح عديم اللون تمامًا (يزداد تكوّن N₂O₄)
يزداد بنيًا محمرًا (يزداد تكوّن NO₂)
يبقى ثابتًا دون أي تغيّر
يتحول إلى اللون الأصفر
إحدى العبارات الآتية لا تتفق مع خصائص الاتزان الكيميائي:
تتساوى سرعتا التفاعل الأمامي والعكسي عند الاتزان
يتوقف التفاعل بالاتجاهين كليهما عند الوصول إلى الاتزان
تبقى تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة ثابتة عند الاتزان
يُعدّ الاتزان الكيميائي حالة ديناميكية مستمرة
يُوصف الاتزان الكيميائي بأنه اتزان ديناميكي؛ لأن:
التفاعل يتوقف تمامًا عند الوصول إليه
تراكيز المواد تتغير باستمرار دون توقف
لا يحدث أي تفاعل كيميائي فعلي عنده
التفاعل يستمر بالحدوث في الاتجاهين مع ثبات التراكيز
أحد التفاعلات الغازية المتزنة الآتية ينتج عنه كمية أكبر من المواد الناتجة عند زيادة الضغط الكلي المؤثر في وعاء التفاعل:
H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)
N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g)
2NOBr(g) ⇌ 2NO(g) + Br₂(g)
2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)
لا تتأثر تراكيز المواد الصلبة والسائلة في تفاعل غازي متزن بتغيّرات:
التركيز فقط
الضغط الناتج عن تغيّر حجم وعاء التفاعل
درجة الحرارة فقط
العامل المساعد فقط
تنتج بكتيريا الفم حمض اللاكتيك C₂H₄OHCOOH من تحلل السكريات، فيتأين هذا الحمض منتجًا أيونات الهيدروجين H⁺ في الفم؛ فإن أثر هذه الأيونات في اتزان تكوين طبقة المينا Ca₅(PO₄)₃OH (المكوّنة من هيدروكسي أباتيت) هو أنها:
تزيد من تركيز أيوني الفوسفات والهيدروكسيد فتقوّي طبقة المينا
لا تؤثر إطلاقًا في اتزان تكوين المينا
تتفاعل مع أيوني الفوسفات والهيدروكسيد فتقلل تركيزهما؛ ما يزيح اتزان نزع المعدن نحو مزيد من تفكك هيدروكسي أباتيت (تآكل المينا)
تتحد مباشرة مع الكالسيوم مكوّنة طبقة حماية إضافية
يُقصد بموضع الاتزان لتفاعل ما:
المكان الفيزيائي الذي يحدث فيه التفاعل داخل المختبر
درجة الحرارة التي يبدأ عندها التفاعل
مدى ميل الاتزان نحو تكوين المواد الناتجة أو نحو المواد المتفاعلة
نوع الإناء المستخدم لإجراء التفاعل
في التفاعل المتزن الطارد للحرارة 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) + حرارة، عند رفع درجة حرارة الخليط الغازي، فإن موضع الاتزان ينزاح نحو:
جهة تفكك SO₃ إلى SO₂ و O₂ (الاتجاه الماص)
جهة تكوين مزيد من SO₃ (الاتجاه الطارد)
يتوقف التفاعل بشكل كامل
في تفاعل تصنيع غاز الميثان الصناعي CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g) وهو تفاعل طارد للحرارة، عند خفض درجة حرارة الخليط، فإن موضع الاتزان ينزاح نحو:
جهة المواد المتفاعلة CO و H₂
جهة المواد الناتجة CH₄ و H₂O (الاتجاه الطارد للحرارة)
يتوقف التفاعل الأمامي فقط دون العكسي
يُطلق على التفاعل الذي يسير في اتجاه واحد فقط نحو تكوين النواتج دون إمكانية عودة النواتج إلى المواد المتفاعلة اسم:
التفاعل غير العكسي
التفاعل العكسي
التفاعل المتزن
التفاعل الماص للحرارة
في تفاعلين مختلفين (أ) و(ب) كلاهما غازي بالكامل، إذا كان عدد مولات الغازات في المتفاعلات يساوي عدد مولاتها في النواتج في التفاعل (أ)، بينما يختلف العددان في التفاعل (ب)؛ فإن العبارة الصحيحة عند زيادة الضغط الكلي على كليهما هي:
لا ينزاح موضع الاتزان في التفاعل (أ) بينما ينزاح في التفاعل (
نحو الجهة الأقل عدد مولات غازية ب) ينزاح موضع الاتزان في كلا التفاعلين بالتساوي
ينزاح موضع الاتزان في التفاعل (أ) فقط
يتوقف كلا التفاعلين عن الاستمرار
يُصنَّف الاتزان في التفاعل الآتي: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) بأنه اتزان:
غير متجانس؛ لاختلاف حالات المواد فيه
لا يمكن تصنيفه دون معرفة الضغط
متجانس؛ لأن جميع المواد فيه بالحالة الغازية نفسها
عند إضافة عامل مساعد إلى تفاعل عكسي، فإن سرعتي التفاعل الأمامي والعكسي:
تقلّان معًا
تزداد إحداهما بينما تقل الأخرى
لا تتأثران إطلاقًا
تزدادان معًا بالمقدار نفسه تقريبًا
يُطلق على التفاعل الذي يحدث بالاتجاهين المتعاكسين (تكوين النواتج وعودتها إلى المواد المتفاعلة) في الوعاء نفسه اسم:
التفاعل التام
التفاعل الطارد للحرارة فقط
في تجربة عملية لدراسة أثر التركيز في موضع الاتزان باستخدام محلولي كلوريد الحديد (III) وثيوسيانات الأمونيوم (اللذين يكوّنان معقّدًا أحمر اللون)، فإن إضافة قطرات من محلول كلوريد الأمونيوم NH₄Cl (الذي يزوّد المحلول بأيونات إضافية تتفاعل مع أحد مكوّنات الاتزان) يؤدي إلى:
تلاشي أو تخفيف اللون الأحمر نتيجة انزياح الاتزان بعيدًا عن المعقّد الملوّن
زيادة شدة اللون الأحمر للمحلول
عدم حدوث أي تغيّر في لون المحلول
تحول لون المحلول إلى الأزرق
في التفاعل المتزن Ag⁺(aq) + 2NH₃(aq) ⇌ Ag(NH₃)₂⁺(aq)، عند إضافة قطرات من محلول AgNO₃ إلى وعاء التفاعل، فإن العبارة الصحيحة بخصوص ما يحدث فور الإضافة وقبل الوصول إلى اتزان جديد هي:
تزداد سرعة التفاعل الأمامي (اتحاد Ag⁺ مع NH₃) فيقل تركيز كل منهما تدريجيًا ويزداد تركيز Ag(NH₃)₂⁺ حتى تتساوى السرعتان من جديد
تزداد سرعة التفاعل العكسي فقط دون تأثر التفاعل الأمامي
يتوقف التفاعل بالكامل حتى يُزال Ag⁺ الزائد
لا يتأثر تركيز أي من المواد الثلاث بهذه الإضافة
ينصّ مبدأ لوشاتلييه على أنه إذا حدث تغيير في أحد العوامل المؤثرة في الاتزان لتفاعل متزن، فإن التفاعل:
يتوقف نهائيًا حتى تزول أثر هذا التغيير
يعمل على تعديل موضع الاتزان لتقليل أثر ذلك التغيير
لا يتأثر إطلاقًا بأي تغيير خارجي
يتحول إلى تفاعل غير عكسي
يؤثر العامل المساعد في موضع الاتزان الكيميائي لتفاعل ما بحيث:
لا يغيّر موضع الاتزان إطلاقًا
يزيح موضع الاتزان نحو المواد الناتجة
يزيح موضع الاتزان نحو المواد المتفاعلة
يزيح موضع الاتزان بشكل عشوائي
في التفاعل المتزن الطارد للحرارة N₂O₄(g) + طاقة ⇌ ... (العكس صحيح، أي N₂O₄ يتكوّن بطرد حرارة)، عند خفض درجة حرارة الخليط الغازي N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) الماصّ للحرارة (ΔH موجب)، فإن موضع الاتزان ينزاح نحو:
جهة تكوين NO₂ (الاتجاه الماص للحرارة)
يتوقف التفاعل بالكامل عند خفض الحرارة
جهة تكوين N₂O₄ (الاتجاه الطارد للحرارة)
في تفاعل غازي متزن يحتوي على مادة صلبة ومادتين غازيتين مثل C(s) + CO₂(g) ⇌ 2CO(g)، فإن أثر زيادة الضغط الكلي على موضع الاتزان يُحدَّد فقط بالاعتماد على:
عدد مولات المادة الصلبة في الطرفين
عدد مولات الغازات في كل من طرفي المعادلة (بغض النظر عن المادة الصلبة)
درجة انصهار المادة الصلبة
كتلة المادة الصلبة الكلية في الوعاء