الحرارة وموضع الاتزان - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

📚 تأثير درجة الحرارة والعوامل المحفزة على الاتزان

المفاهيم الأساسية

مبدأ لوتشاتلييه: إذا أضيفت كمية من الحرارة إلى نظام متزن، فإن الاتزان يتجه نحو الاتجاه الذي تستهلك فيه الحرارة.

خريطة المفاهيم

```markmap

الاتزان الكيميائي

العوامل المؤثرة في الاتزان الكيميائي

تأثير تغيير درجة الحرارة

#### مبدأ لوتشاتلييه

• إضافة حرارة: يزاح الاتزان نحو التفاعل الماص للحرارة.
• إزالة حرارة (تبريد): يزاح الاتزان نحو التفاعل الطارد للحرارة.

#### تأثير درجة الحرارة على ثابت الاتزان (Keq)

• أي تغيير في درجة الحرارة يغير قيمة Keq.
• كلما زادت قيمة Keq، كان الناتج في خليط الاتزان أكبر.

#### مثال تطبيقي: تفاعل إنتاج الميثان (طارد للحرارة)

• رفع درجة الحرارة: يزاح الاتزان نحو اليسار، ويقل تركيز الميثان (CH₄)، وتنخفض قيمة Keq.
• خفض درجة الحرارة: يزاح الاتزان نحو اليمين، ويزداد تركيز الميثان (CH₄)، وتزداد قيمة Keq.

#### مثال تطبيقي: تفاعل N₂O₄ مع NO₂ (ماص للحرارة)

N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) \quad ΔH° = 55.3 kJ

• N₂O₄: غاز لا لون له.
• NO₂: غاز بني اللون.
• التبريد (إزالة حرارة): يزاح الاتزان نحو اليسار (نحو N₂O₄ عديم اللون)، فيصبح لون المزيج أخف.
• التسخين (إضافة حرارة): يزاح الاتزان نحو اليمين (نحو NO₂ البني)، فيصبح لون المزيج أغمق.

تأثير العوامل المحفزة

• يعمل العامل المحفز على زيادة سرعة التفاعل بالتساوي في كلا الاتجاهين.
• يصل التفاعل إلى حالة الاتزان أسرع، لكنه لا يغير كمية النواتج المتكونة عند الاتزان.

```

نقاط مهمة

• الحرارة تعامل كمتفاعل في التفاعل الماص للحرارة، وكمنتج في التفاعل الطارد للحرارة.
• تغيير درجة الحرارة هو العامل الوحيد الذي يغير قيمة ثابت الاتزان (Keq).
• العامل المحفز لا يؤثر على موضع الاتزان أو على قيمة Keq.

الحرارة وموضع الاتزان إذا أضيفت كمية من الحرارة إلى نظام متزن فإن الاتزان - وفقًا لمبدأ لوتشاتلييه - يتجه نحو الاتجاه الذي تستهلك فيه الحرارة. لذا يزاح الاتزان نحو اليسار، ويقلل من تركيز الميثان CH4. أما خفض درجة الحرارة فيؤدي إلى إزاحة الاتزان نحو اليمين؛ لأن التفاعل الأمامي ينتج طاقة ويقلل من الجهد، لذا تنتج كمية أكبر من الميثان.

درجة الحرارة و Keq ينتج عن أي تغيير في درجة الحرارة تغير في Keq، وكلما زادت قيمة Keq كان الناتج في خليط الاتزان أكبر. ولذلك فإنه في تفاعل إنتاج الميثان تزداد Keq عندما تنخفض درجة الحرارة، وتنخفض قيمة Keq عند ارتفاع درجة الحرارة. التحول بين رابع أكسيد ثنائي النيتروجين N2O4 وثاني أكسيد النيتروجين NO2 يستجيب للتغيرات في درجة الحرارة بشكل ملحوظ. ويمكن وصف هذا الاتزان الماص للحرارة في المعادلة الآتية:

N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) ΔH° = 55.3 kJ

N₂O₄ غاز لا لون له، و NO₂ غاز بني اللون. يوضح الشكل 14-3 لون مزيج الاتزان، عندما يبرد في حمام ماء بارد يصبح لونه أخف مقارنة بلونه عندما يسخن المزيج في حمام ماء ساخن. عند إزالة الحرارة بالتبريد يزاح الاتزان نحو اليسار، وينتج المزيد من غاز لا لون له N₂O₄. أما عند إضافة الحرارة فيزاح الاتزان نحو اليمين وينتج المزيد من غاز NO₂ البني اللون. يوضح الشكل 15-3 تأثير التسخين والتبريد في التفاعلات التي درستها.

الشكل 14-3 يزاح الاتزان في اتجاه التفاعل الماص للحرارة نحو اليمين، وهذا من شأنه أن يزيد من إنتاج NO2 (لونه بني غامق)، بينما يصبح لون مزيج التفاعل أخف عند وضعه في حمام الماء البارد؛ لأن الاتزان يزاح في اتجاه التفاعل الطارد للحرارة نحو اليسار؛ إذ يزداد تحول NO2 إلى N2O4 الذي لا لون له.

العوامل المحفزة والاتزان تختلف كمية النواتج المتكونة في التفاعل عند تغير التركيز أو الحجم أو الحرارة. هل يمكن للعامل المحفز أن يؤثر هو الآخر في تركيز النواتج؟ يعمل العامل المحفز على زيادة سرعة التفاعل بالتساوي في كلا الاتجاهين، ولهذا يصل التفاعل مع وجود العامل المحفز أسرع إلى حالة الاتزان، دون تغير كمية النواتج المتكونة.

الشكل 15-3 عند رفع درجة حرارة التفاعل الطارد للحرارة بين CO و H2، ينزاح الاتزان نحو اليسار (معادلة 1)، وعند خفض درجة الحرارة ينزاح الاتزان نحو اليمين (معادلة 2)، والعكس صحيح للتفاعل الماص للحرارة بين NO و N2O4 (المعادلتين 3 و 4).

95 وزارة التعليم 2025 - 1447

--- SECTION: الحرارة وموضع الاتزان --- الحرارة وموضع الاتزان إذا أضيفت كمية من الحرارة إلى نظام متزن فإن الاتزان - وفقًا لمبدأ لوتشاتلييه - يتجه نحو الاتجاه الذي تستهلك فيه الحرارة. لذا يزاح الاتزان نحو اليسار، ويقلل من تركيز الميثان CH4. أما خفض درجة الحرارة فيؤدي إلى إزاحة الاتزان نحو اليمين؛ لأن التفاعل الأمامي ينتج طاقة ويقلل من الجهد، لذا تنتج كمية أكبر من الميثان. --- SECTION: درجة الحرارة و Keq --- درجة الحرارة و Keq ينتج عن أي تغيير في درجة الحرارة تغير في Keq، وكلما زادت قيمة Keq كان الناتج في خليط الاتزان أكبر. ولذلك فإنه في تفاعل إنتاج الميثان تزداد Keq عندما تنخفض درجة الحرارة، وتنخفض قيمة Keq عند ارتفاع درجة الحرارة. التحول بين رابع أكسيد ثنائي النيتروجين N2O4 وثاني أكسيد النيتروجين NO2 يستجيب للتغيرات في درجة الحرارة بشكل ملحوظ. ويمكن وصف هذا الاتزان الماص للحرارة في المعادلة الآتية: N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) ΔH° = 55.3 kJ N₂O₄ غاز لا لون له، و NO₂ غاز بني اللون. يوضح الشكل 14-3 لون مزيج الاتزان، عندما يبرد في حمام ماء بارد يصبح لونه أخف مقارنة بلونه عندما يسخن المزيج في حمام ماء ساخن. عند إزالة الحرارة بالتبريد يزاح الاتزان نحو اليسار، وينتج المزيد من غاز لا لون له N₂O₄. أما عند إضافة الحرارة فيزاح الاتزان نحو اليمين وينتج المزيد من غاز NO₂ البني اللون. يوضح الشكل 15-3 تأثير التسخين والتبريد في التفاعلات التي درستها. --- SECTION: الشكل 14-3 --- الشكل 14-3 يزاح الاتزان في اتجاه التفاعل الماص للحرارة نحو اليمين، وهذا من شأنه أن يزيد من إنتاج NO2 (لونه بني غامق)، بينما يصبح لون مزيج التفاعل أخف عند وضعه في حمام الماء البارد؛ لأن الاتزان يزاح في اتجاه التفاعل الطارد للحرارة نحو اليسار؛ إذ يزداد تحول NO2 إلى N2O4 الذي لا لون له. --- SECTION: العوامل المحفزة والاتزان --- العوامل المحفزة والاتزان تختلف كمية النواتج المتكونة في التفاعل عند تغير التركيز أو الحجم أو الحرارة. هل يمكن للعامل المحفز أن يؤثر هو الآخر في تركيز النواتج؟ يعمل العامل المحفز على زيادة سرعة التفاعل بالتساوي في كلا الاتجاهين، ولهذا يصل التفاعل مع وجود العامل المحفز أسرع إلى حالة الاتزان، دون تغير كمية النواتج المتكونة. --- SECTION: الشكل 15-3 --- الشكل 15-3 عند رفع درجة حرارة التفاعل الطارد للحرارة بين CO و H2، ينزاح الاتزان نحو اليسار (معادلة 1)، وعند خفض درجة الحرارة ينزاح الاتزان نحو اليمين (معادلة 2)، والعكس صحيح للتفاعل الماص للحرارة بين NO و N2O4 (المعادلتين 3 و 4). 95 وزارة التعليم 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: Untitled Description: An image showing two beakers, each containing a test tube with a gas mixture. The top beaker is in a cold water bath (implied by context), and the gas in the test tube appears lighter in color. The bottom beaker is in a hot water bath (implied by context), and the gas in the test tube appears darker, reddish-brown. This illustrates the temperature-dependent equilibrium between colorless N₂O₄ and brown NO₂. Context: Demonstrates the effect of temperature on the N₂O₄ ⇌ 2NO₂ equilibrium, where cooling shifts the equilibrium to the left (colorless N₂O₄) and heating shifts it to the right (brown NO₂). **DIAGRAM**: Untitled Description: A diagram illustrating the effect of temperature changes on two different chemical equilibria, presented as four numbered scenarios. Table Structure: Headers: نوع التفاعل | التفاعل | الشرط | إزاحة الاتزان Rows: Row 1: تفاعل طارد للحرارة | CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g) + حرارة | رفع درجة الحرارة | يزاح الاتزان نحو اليسار Row 2: تفاعل طارد للحرارة | CO(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₄(g) + H₂O(g) + حرارة | خفض درجة الحرارة | يزاح الاتزان نحو اليمين Row 3: تفاعل ماص للحرارة | N₂O₄(g) + حرارة ⇌ 2NO₂(g) | رفع درجة الحرارة | يزاح الاتزان نحو اليمين Row 4: تفاعل ماص للحرارة | N₂O₄(g) + حرارة ⇌ 2NO₂(g) | خفض درجة الحرارة | يزاح الاتزان نحو اليسار Calculation needed: Illustrates Le Chatelier's principle regarding temperature changes on exothermic and endothermic reactions. Context: Provides specific examples of how increasing or decreasing temperature affects the equilibrium position for both exothermic and endothermic reactions, demonstrating Le Chatelier's principle.