أسئلة: مبدأ لوشاتيليه

الإجابة الصحيحة: عندما يصل تفاعل انعكاسي إلى حالة اتزان، فإن أي تغيّر في أحد العوامل المؤثرة يُزيح الاتزان في الاتجاه الذي يقاوم هذا التغيير.

ينص مبدأ لوشاتيليه على أن النظام المتزن يقاوم التغييرات المفروضة عليه بإزاحة الاتزان في الاتجاه المعاكس للتغيير.

الإجابة الصحيحة: نحو اليمين (جهة النواتج)

زيادة تركيز أحد المتفاعلات تُزيح الاتزان في الاتجاه الذي يستهلك هذا المتفاعل، وهو الاتجاه الأمامي (نحو النواتج).

الإجابة الصحيحة: يُزاح نحو اليمين لتعويض النقص في $Z$

خفض تركيز أحد النواتج يُزيح الاتزان في الاتجاه الذي ينتج المزيد منه لتعويض النقص، وهو الاتجاه الأمامي (نحو النواتج).

الإجابة الصحيحة: يُزاح نحو اليمين (جهة $SO_3$)

زيادة الضغط تُزيح الاتزان نحو الجانب ذي العدد الأقل من جزيئات الغاز. في هذا التفاعل، يوجد 3 مولات غازية في المتفاعلات (2 $SO_2$ + 1 $O_2$) و2 مول غازي في النواتج (2 $SO_3$).

الإجابة الصحيحة: لا يتأثر موضع الاتزان

عدد جزيئات الغاز متساوٍ في الطرفين (2 مول في المتفاعلات و2 مول في النواتج)، لذا لا يؤثر تغيير الضغط على موضع الاتزان.

الإجابة الصحيحة: يُزاح نحو اليمين (جهة النواتج)

خفض درجة الحرارة يُزيح الاتزان في اتجاه التفاعل الطارد للحرارة لإنتاج المزيد من الحرارة، وهو الاتجاه الأمامي في التفاعل الطارد.

الإجابة الصحيحة: يُزاح نحو اليمين (جهة النواتج)

رفع درجة الحرارة يُزيح الاتزان في اتجاه التفاعل الماص للحرارة لاستهلاك الحرارة الزائدة، وهو الاتجاه الأمامي في التفاعل الماص.

الإجابة الصحيحة: يُسرّع الوصول لحالة الاتزان لكنه لا يغيّر موضعها

العامل الحفاز يزيد من سرعة التفاعلين الأمامي والعكسي بنفس المقدار، وبالتالي يقلل من الوقت اللازم للوصول إلى الاتزان دون تغيير موضع الاتزان نفسه.

الإجابة الصحيحة: لا يتأثر موضع الاتزان

إضافة غاز خامل عند حجم ثابت لا يغيّر الضغوط الجزئية للغازات المتفاعلة أو الناتجة، وبالتالي لا يؤثر على موضع الاتزان.

الإجابة الصحيحة: زيادة الضغط

التفاعل يقل فيه عدد مولات الغاز من 4 (1 $N_2$ + 3 $H_2$) إلى 2 (2 $NH_3$)، لذا زيادة الضغط تُزيح الاتزان نحو الجانب الأقل عددًا من الجزيئات، وهو جهة النواتج.

الإجابة الصحيحة: خفض درجة الحرارة

التفاعل الطردي طارد للحرارة، لذا خفض درجة الحرارة يُزيح الاتزان في الاتجاه الطارد للحرارة (نحو النواتج) لزيادة إنتاج الأمونيا.

الإجابة الصحيحة: عدد مولات الغاز في المتفاعلات أقل من النواتج

زيادة الضغط تُزيح الاتزان نحو الجانب ذي العدد الأقل من جزيئات الغاز. إذا زحف الاتزان نحو اليسار (المتفاعلات)، فهذا يعني أن عدد مولات الغاز في المتفاعلات أقل من النواتج.

الإجابة الصحيحة: يُزاح يسارًا

جزيئات الغاز: $1$ في المتفاعلات ($\text{H}_2\text{O}$ فقط، والكربون صلب) و$2$ في النواتج، فيُزاح نحو العدد الأقل أي يسارًا.

الإجابة الصحيحة: لا يتأثر الاتزان

عند حجم ثابت لا تتغير تراكيز الغازات المتفاعلة ولا ضغوطها الجزئية، فلا يتأثر الاتزان رغم زيادة الضغط الكلي.

الإجابة الصحيحة: تقل

التفاعل الطردي طارد للحرارة، فرفع الحرارة يزيح الاتزان يسارًا (نحو الماص)، فيقل تركيز النواتج وتقل $K$.

ينص مبدأ لوشاتيليه على أنه عندما يصل تفاعل انعكاسي إلى حالة اتزان، فإن أي تغيّر في أحد العوامل المؤثرة (التركيز، الضغط، درجة الحرارة) يُزيح الاتزان في الاتجاه الذي يقاوم هذا التغيير، ليصل النظام إلى حالة اتزان جديدة. مثال: في التفاعل المتزن $A + B \rightleftharpoons C + D$، إذا تمت زيادة تركيز المادة $A$، فإن النظام يقاوم هذه الزيادة بإزاحة الاتزان نحو اليمين (جهة النواتج) لاستهلاك جزء من $A$ والعودة إلى حالة اتزان جديدة.

زيادة تركيز أحد المكونات (متفاعل أو ناتج) تُزيح الاتزان في الاتجاه الذي يقلل من هذا التركيز (يستهلكه). على سبيل المثال، في التفاعل المتزن $H_2(g) + I_2(g) \rightleftharpoons 2HI(g)$، إذا تمت زيادة تركيز $H_2$، فإن الاتزان يُزاح نحو اليمين لإنتاج المزيد من $HI$ واستهلاك جزء من $H_2$. بالمثل، خفض تركيز أحد المكونات يُزيح الاتزان في الاتجاه الذي ينتج المزيد منه لتعويض النقص.

تغيير الضغط يؤثر فقط على التفاعلات الغازية التي يختلف فيها العدد الكلي لمولات الغاز بين المتفاعلات والنواتج. زيادة الضغط على خليط غازي تُزيح الاتزان نحو الجانب ذي العدد الأقل من جزيئات الغاز. مثال: في التفاعل $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$، زيادة الضغط تُزيح الاتزان نحو اليمين (4 مولات غازية تتحول إلى 2 مول غازي). خفض الضغط يُزيح الاتزان نحو الجانب ذي العدد الأكبر من جزيئات الغاز. أما إذا تساوى عدد الجزيئات الغازية في الطرفين، مثل $H_2(g) + I_2(g) \rightleftharpoons 2HI(g)$، فلا يؤثر تغيير الضغط على موضع الاتزان.

تغيير درجة الحرارة يؤثر على موضع الاتزان. في التفاعلات الطاردة للحرارة ($\Delta H < 0$)، يُعتبر التفاعل الطردي منتجًا للحرارة. لذا، خفض درجة الحرارة يُزيح الاتزان في اتجاه التفاعل الطارد (نحو النواتج لإنتاج المزيد من الحرارة)، بينما رفع درجة الحرارة يُزيحه في الاتجاه العكسي (الماص). في التفاعلات الماصة للحرارة ($\Delta H > 0$)، يُعتبر التفاعل الطردي مستهلكًا للحرارة. لذا، رفع درجة الحرارة يُزيح الاتزان في اتجاه التفاعل الماص (نحو النواتج لاستهلاك الحرارة الزائدة)، بينما خفض درجة الحرارة يُزيحه في الاتجاه العكسي (الطارد).

العامل الحفاز يزيد من سرعة التفاعل الأمامي والعكسي بنفس القدر. هذا يعني أنه يقلل من الوقت اللازم للوصول إلى حالة الاتزان، لكنه لا يغيّر من تراكيز المتفاعلات والنواتج عند الاتزان، أي لا يؤثر على موضع الاتزان نفسه.

نظريًا، بما أن تفاعل تصنيع الأمونيا طارد للحرارة، فإن خفض درجة الحرارة يُزيح الاتزان نحو اليمين (جهة النواتج) لزيادة إنتاج الأمونيا. ومع ذلك، عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا، تكون سرعة التفاعل بطيئة للغاية وغير اقتصادية، مما يعني أن الوصول إلى حالة الاتزان يستغرق وقتًا طويلاً جدًا. لذلك، تُجرى العملية صناعيًا عند درجة حرارة وسط (400–500°C) لتحقيق توازن مقبول بين موضع الاتزان (الذي يفضل درجة حرارة منخفضة) وسرعة التفاعل (التي تتطلب درجة حرارة أعلى)، مما يضمن إنتاجًا اقتصاديًا للأمونيا في وقت معقول.