يُعبَّر عن حالة الاتزان الكيميائي كميًا من خلال:
ثابت الاتزان (Kc)
درجة انصهار المواد المتفاعلة
لون المواد الناتجة فقط
حجم وعاء التفاعل فقط
العالمان اللذان توصّلا إلى العلاقة الوصفية لحالة الاتزان والمعروفة باسم قانون فعل الكتلة هما:
لافوازييه وبريستلي
جولدبرج وفاجه (واجه)
لوشاتلييه ودالتون
بويل وشارل
تنصّ العلاقة الوصفية لحالة الاتزان (قانون فعل الكتلة) على أن نسبة تركيز المواد الناتجة إلى تركيز المواد المتفاعلة، كلٌّ منها مرفوعًا لقوة تساوي معامله في المعادلة الموزونة، تكون:
قيمة متغيّرة باستمرار
صفرًا دائمًا عند الاتزان
قيمة ثابتة عند درجة حرارة معيّنة
مساوية للضغط الجوي دائمًا
للتفاعل العام aA + bB ⇌ cC + dD، يُعبَّر عن ثابت الاتزان (Kc) بالصيغة:
Kc = [A]^a[B]^b / [C]^c[D]^d
Kc = [A][B] / [C][D]
Kc = [C][D] − [A][B]
Kc = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b
يُوصف الاتزان بأنه اتزان متجانس عندما تكون:
جميع المواد المتفاعلة والناتجة في الحالة الفيزيائية نفسها
إحدى المواد صلبة والأخرى غازية
المواد مختلفة الحالة الفيزيائية
التراكيز جميعها متساوية عدديًا
يُوصف الاتزان بأنه اتزان غير متجانس عندما:
تكون جميع المواد بالحالة الغازية فقط
تختلف الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة والناتجة في التفاعل
يكون التفاعل غير عكسي
لا يمكن كتابة معادلة موزونة له
لا يظهر تركيز أيٍّ من المواد الآتية في تعبير ثابت الاتزان (Kc):
الغازات
المحاليل المذابة
المواد الصلبة والسوائل النقية
جميع المواد بلا استثناء
لا يظهر تركيز المادة الصلبة في تعبير ثابت الاتزان؛ لأن:
كتلتها الكلية تساوي صفرًا دائمًا
المواد الصلبة لا تشارك في التفاعل أساسًا
المواد الصلبة تتبخر بالكامل أثناء التفاعل
كمية المادة الصلبة في وحدة الحجم (كثافتها) تبقى ثابتة فتُدمج في قيمة الثابت
تعتمد قيمة ثابت الاتزان (Kc) لتفاعل معيّن بشكل أساس على:
درجة الحرارة فقط
التراكيز الابتدائية للمواد فقط
وجود عامل مساعد من عدمه
إذا كانت قيمة ثابت الاتزان (Kc) لتفاعل ما أكبر من الواحد الصحيح، فإن ذلك يشير إلى أن موضع الاتزان:
منزاح نحو المواد المتفاعلة
منزاح نحو المواد الناتجة
متعادل تمامًا بين الجهتين
لا علاقة له باتجاه الاتزان
إذا كانت قيمة ثابت الاتزان (Kc) لتفاعل ما أقل من الواحد الصحيح، فإن ذلك يشير إلى أن موضع الاتزان:
لا يمكن تحديد اتجاهه إطلاقًا
يُستخدم في تعبير ثابت الاتزان (Kc) التركيز المولاري للمادة بوحدة:
غرام/مول
لتر/مول
مول فقط دون حجم
مول/لتر (M)
لا تتغيّر قيمة ثابت الاتزان (Kc) لتفاعل معيّن عند الدرجة نفسها من الحرارة، حتى لو اختلفت:
التراكيز الابتدائية للمواد المستخدمة في التجربة
درجة حرارة التفاعل
المعادلة الموزونة للتفاعل
نوع المواد المشاركة في التفاعل
يُحسب التركيز المولاري لغاز في وعاء تفاعل من العلاقة:
حجم الوعاء مقسومًا على عدد مولات الغاز
عدد مولات الغاز مقسومًا على حجم الوعاء باللتر
عدد مولات الغاز مضروبًا في حجم الوعاء
كتلة الغاز مقسومة على حجم الوعاء
عيّنة من غاز عدد مولاتها 0.4 mol في وعاء حجمه 2 L، فإن تركيزها المولاري يساوي:
0.8 M
2.0 M
0.2 M
0.08 M
يُعبَّر عن ثابت الاتزان للتفاعل الغازي 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) بالصيغة:
Kc = [SO₃]² / [SO₂]²[O₂]
Kc = [SO₃] / [SO₂][O₂]
Kc = [SO₂]²[O₂] / [SO₃]²
Kc = [SO₂][O₂] / [SO₃]
يُعبَّر عن ثابت الاتزان للتفاعل غير المتجانس C(s) + CO₂(g) ⇌ 2CO(g) بالصيغة:
Kc = [CO]² / [C][CO₂]
Kc = [CO]² / [CO₂]
Kc = [CO₂] / [CO]²
Kc = [C][CO₂] / [CO]²
في التفاعل CH₃COOH(aq) + H₂O(l) ⇌ CH₃COO⁻(aq) + H₃O⁺(aq)، حيث الماء مذيب، يُعبَّر عن ثابت الاتزان بالصيغة:
Kc = [CH₃COO⁻][H₃O⁺] / [CH₃COOH][H₂O]
Kc = [CH₃COOH][H₂O] / [CH₃COO⁻][H₃O⁺]
Kc = [CH₃COO⁻][H₃O⁺] / [CH₃COOH]
Kc = [CH₃COOH] / [CH₃COO⁻][H₃O⁺]
عيّنة من غاز عدد مولاتها 0.6 mol في وعاء حجمه 3 L، فإن تركيزها المولاري يساوي:
0.1 M
1.8 M
5.0 M
في تفاعل متزن على الصورة A(g) ⇌ 2B(g)، إذا كان تركيز A عند الاتزان يساوي 0.4 M وتركيز B يساوي 0.8 M، فإن قيمة ثابت الاتزان (Kc) تساوي:
1.6
0.8
2.0
0.4
في وعاء حجمه 1 L يحوي عند الاتزان الغازات الآتية للتفاعل CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g): [CO] = 0.5 M، [H₂] = 0.5 M، [CH₄] = 0.1 M، [H₂O] = 0.1 M؛ فإن قيمة ثابت الاتزان (Kc) تساوي:
0.08
0.16
0.32
0.64
في تفاعل تفكك يوديد الهيدروجين 2HI(g) ⇌ H₂(g) + I₂(g)، إذا كانت تراكيز الاتزان: [H₂] = 0.1 M، [I₂] = 0.1 M، [HI] = 0.4 M، فإن قيمة ثابت الاتزان (Kc) تساوي:
0.025
0.25
0.0625
في تفاعل A(g) ⇌ B(g) + C(g)، إذا كان التركيز الابتدائي لِ A يساوي 1 M، وكان تركيز B عند الاتزان يساوي 0.3 M، فإن تركيز A المتبقي عند الاتزان يساوي:
0.7 M
0.3 M
1.0 M
1.3 M
غاز X تركيزه الابتدائي 2 M تفكك في تفاعل عكسي حتى استُهلك منه 0.5 M عند الوصول إلى الاتزان، فإن تركيز الغاز X المتبقي عند الاتزان يساوي:
0.5 M
1.5 M
2.5 M
يبيّن الجدول قيم ثابت الاتزان (Kc) لتفاعل ما عند درجتي حرارة مختلفتين، وتبيّن أن قيمة Kc تزداد كلما ارتفعت درجة الحرارة؛ فإن هذا يدل على أن التفاعل الأمامي (تكوين النواتج) في هذا الاتزان:
طارد للحرارة
لا علاقة له بدرجة الحرارة
ماصّ للحرارة
تفاعل غير عكسي
يبيّن الجدول قيم ثابت الاتزان (Kc) لتفاعل ما عند درجتي حرارة مختلفتين، وتبيّن أن قيمة Kc تقلّ كلما ارتفعت درجة الحرارة؛ فإن هذا يدل على أن التفاعل الأمامي (تكوين النواتج) في هذا الاتزان:
غاز تركيزه المولاري عند الاتزان يساوي 0.25 M في وعاء حجمه 4 L، فإن عدد مولاته عند الاتزان يساوي:
1.0 mol
0.5 mol
1.5 mol
2.0 mol
في تفاعل A(g) ⇌ 2B(g)، إذا كان التركيز الابتدائي لِ A يساوي 0.6 M، وكان تركيز B عند الاتزان يساوي 0.4 M، فإن قيمة ثابت الاتزان (Kc) تساوي:
0.2
يُعبَّر عن ثابت الاتزان لتفاعل تفكك خامس كلوريد الفسفور PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) بالصيغة:
Kc = [PCl₅] / [PCl₃][Cl₂]
Kc = [PCl₃] + [Cl₂] − [PCl₅]
Kc = [PCl₃][Cl₂] / [PCl₅]
Kc = [PCl₃][Cl₂][PCl₅]
في وعاء حجمه 1 L يحوي عند الاتزان 0.2 mol من PCl₃، و0.2 mol من Cl₂، و0.8 mol من PCl₅ للتفاعل PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g)، فإن قيمة ثابت الاتزان (Kc) تساوي:
0.05
في تفاعل 2X(g) ⇌ Y(g) عند الاتزان، إذا كانت قيمة ثابت الاتزان Kc تساوي 4، وكان تركيز X عند الاتزان يساوي 0.5 M، فإن تركيز Y عند الاتزان يساوي:
4.0 M
يُعبَّر عن ثابت الاتزان لتفاعل تأيّن حمض النيتروز HNO₂(aq) + H₂O(l) ⇌ NO₂⁻(aq) + H₃O⁺(aq) (حيث الماء مذيب) بالصيغة:
Kc = [NO₂⁻][H₃O⁺] / [HNO₂][H₂O]
Kc = [NO₂⁻][H₃O⁺] / [HNO₂]
Kc = [HNO₂] / [NO₂⁻][H₃O⁺]
Kc = [HNO₂][H₂O] / [NO₂⁻][H₃O⁺]
يُعبَّر عن ثابت الاتزان لتفاعل تكوين الأيون المعقّد Ag⁺(aq) + 2NH₃(aq) ⇌ Ag(NH₃)₂⁺(aq) بالصيغة:
Kc = [Ag(NH₃)₂⁺] / [Ag⁺][NH₃]
Kc = [Ag⁺][NH₃]² / [Ag(NH₃)₂⁺]
Kc = [Ag(NH₃)₂⁺] / [Ag⁺][NH₃]²
Kc = [Ag⁺][NH₃] / [Ag(NH₃)₂⁺]
وُضعت 6 mol من غاز HI في وعاء حجمه 2 L وتُرك ليتفكك وفق المعادلة 2HI(g) ⇌ H₂(g) + I₂(g)، فإذا وُجد عند الاتزان أن عدد مولات I₂ يساوي 0.6 mol، فإن قيمة ثابت الاتزان (Kc) لهذا التفاعل تساوي تقريبًا:
0.0156
0.0078
0.156
خُلط 0.6 mol من H₂ مع 0.6 mol من I₂ في وعاء حجمه 1 L وتفاعلا وفق المعادلة H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)، فإذا كانت قيمة ثابت الاتزان (Kc) لهذا التفاعل عند درجة الحرارة المستخدمة تساوي 64، فإن تركيز HI عند الاتزان يساوي:
0.24 M
0.96 M
0.48 M
1.20 M
وُضع 0.5 mol من غاز N₂O₄ في وعاء حجمه 2 L وتُرك ليتفكك وفق المعادلة N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g)، فإذا وُجد عند الاتزان أن عدد مولات NO₂ يساوي 0.6 mol، فإن قيمة ثابت الاتزان (Kc) لهذا التفاعل تساوي:
0.3
0.6
0.9
1.2
وُضعت عيّنة كتلتها 9.2 g من غاز N₂O₄ (Mr = 92 g/mol) في وعاء حجمه 2 L وتُركت لتتفكك وفق المعادلة N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g)، فإذا وُجد عند الاتزان أن تركيز NO₂ يساوي 0.06 M، فإن قيمة ثابت الاتزان (Kc) لهذا التفاعل تساوي:
0.09
0.36
0.72
0.18
إذا كانت قيمة ثابت الاتزان (Kc) لتفاعل غازي عند درجة حرارة معيّنة تساوي 5×10¹²، فإن العبارة الصحيحة بخصوص كميات المواد عند الاتزان هي:
تكون المواد الناتجة متوفرة بكمية أكبر بكثير من المواد المتفاعلة
تكون المواد المتفاعلة متوفرة بكمية أكبر بكثير من المواد الناتجة
تتساوى كميات المواد المتفاعلة والناتجة تمامًا
لا يمكن تحديد ذلك من قيمة Kc وحدها
إذا كانت قيمة ثابت الاتزان (Kc) لتفاعل غازي عند درجة حرارة معيّنة تساوي 1×10⁻⁸، فإن العبارة الصحيحة بخصوص كميات المواد عند الاتزان هي:
يتوقف التفاعل بالكامل عند هذه القيمة
عند حل معادلة ثابت الاتزان لإيجاد قيمة المتغيّر (x) في جدول ICE، وبعد أخذ الجذر التربيعي لطرفي المعادلة، يُؤخذ بعين الاعتبار القيمة الموجبة للجذر فقط؛ لأن:
القيمة السالبة تعطي دائمًا نفس النتيجة العددية
ثابت الاتزان نفسه يكون سالبًا دائمًا
تراكيز المواد عند الاتزان لا يمكن أن تكون قيمًا سالبة فيزيائيًا
الجذر السالب غير موجود رياضيًا في هذه المعادلات
في تفاعل يحتوي على مادة صلبة وغازين مثل CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)، فإن ثابت الاتزان (Kc) لهذا التفاعل يُعبَّر عنه بدلالة:
تركيز CaCO₃ فقط
النسبة بين تركيزي CaO و CaCO₃
حجم الوعاء المستخدم فقط
تركيز CO₂ فقط دون أي من المادتين الصلبتين
في اتزان تكوين المينا Ca₅(PO₄)₃OH(s) من أيونات الكالسيوم والفوسفات والهيدروكسيد في وسط الفم المائي، فإن تعبير ثابت الاتزان لهذا النظام غير المتجانس لا يتضمن:
تركيز المادة الصلبة Ca₅(PO₄)₃OH
تركيز أيونات الفوسفات
تركيز أيونات الهيدروكسيد
تركيز أيونات الكالسيوم
يبيّن جدول تجريبي أن ثابت الاتزان لتفاعل معيّن يساوي 6.02×10⁻² في ثلاث تجارب مختلفة استُخدمت فيها تراكيز ابتدائية متفاوتة تمامًا للمواد المتفاعلة والناتجة؛ فإن أفضل تفسير علمي لثبات هذه القيمة رغم اختلاف التراكيز الابتدائية هو أن:
التجارب الثلاث أُجريت جميعها بلا أي مواد متفاعلة فعلية
قيمة Kc عشوائية ولا معنى ثابتًا لها
المواد المستخدمة في التجارب الثلاث لم تكن متطابقة كيميائيًا
ثابت الاتزان يعتمد على درجة الحرارة فقط عند تجارب أُجريت عند الدرجة نفسها، وليس على التراكيز الابتدائية للمواد
في وعاء حجمه 0.5 L يحوي عند الاتزان 0.2 mol من CO و0.2 mol من Cl₂ و1.5 mol من COCl₂ للتفاعل CO(g) + Cl₂(g) ⇌ COCl₂(g)، فإن قيمة ثابت الاتزان (Kc) لهذا التفاعل تساوي:
18.75
9.375
37.5
75
إذا عُلم أن قيمة ثابت الاتزان (Kc) لتفاعل ما تساوي 1 بالضبط، فإن أدقّ وصف لموضع الاتزان عند هذه القيمة هو أن:
تراكيز المواد الناتجة والمتفاعلة متساوية بالضرورة في كل الأحوال
حاصل ضرب تراكيز المواد الناتجة (مرفوعة لمعاملاتها) يساوي حاصل ضرب تراكيز المواد المتفاعلة (مرفوعة لمعاملاتها) دون أن يعني ذلك بالضرورة تساوي كل تركيز على حدة
الاتزان غير عكسي بطبيعته عند هذه القيمة
لا يمكن أن يحدث اتزان عند هذه القيمة إطلاقًا
في تفاعل A(g) + B(g) ⇌ 2C(g)، وُضع 1 mol من A و1 mol من B في وعاء حجمه 1 L، فإذا وُجد عند الاتزان أن تركيز C يساوي 1.2 M، فإن تركيزي A و B المتبقيين عند الاتزان وقيمة ثابت الاتزان (Kc) تساويان على الترتيب:
0.6 M لكل منهما، وKc = 4
0.4 M لكل منهما، وKc = 4
0.4 M لكل منهما، وKc = 9
0.6 M لكل منهما، وKc = 9
عند مقارنة تفاعلين لهما قيمتا ثابت اتزان مختلفتان (Kc₁ = 200 و Kc₂ = 0.002) عند الدرجة نفسها من الحرارة، فإن العبارة الأدق للمقارنة بينهما هي:
التفاعل الثاني أقرب إلى الاكتمال نحو تكوين النواتج من التفاعل الأول
كلا التفاعلين متماثلان في درجة انزياحهما نحو النواتج
لا يمكن المقارنة بين قيمتي Kc لتفاعلين مختلفين إطلاقًا
التفاعل الأول أقرب إلى الاكتمال نحو تكوين النواتج من التفاعل الثاني