הפרעות לשיווי משקל


הפרעות לשיווי משקל

מערכת הנתונה בשיווי משקל, מאופיינת בכך שכל נתוניה הפיזיקליים והכימיים הניתנים למדידה קבועים כמו צבע המערכת לחץ המערכת pH מוליכות חשמלית ועוד.

כמו כן, ריכוז כל אחד ממרכיבי המערכת קבוע, וכן למערכת מוגדר, גודל הנקרא קבוע שיווי משקל, שמתאר את יחס מכפלת ריכוזי התוצרים חלקי מכפלת ריכוזי המגיבים .

קבוע שיווי המשקל הוא קבוע עבור אותה המערכת, כל עוד היא נמצאת באותה הטמפרטורה ומנוסחת באופן זהה (מבחינת מקדמי התגובה ומיקום החומרים בצד ימין או צד שמאל של המשוואה ללא שינוי במיקומם).

הדוגמה הבאה תלווה אותנו לאורך כל השיעור של הפרעות לשיווי משקל

ניקח את המערכת הבאה :
המערכת נמצאת בטמפרטורה של 300K

הפרעות-לשיווי-משקל-1

למיכל תגובה בנפח של 1 ליטר הוכנסו 4 מול חומר A ומכשיר המאפשר את מדידת הלחץ בכלי .

בחמש הדקות הראשונות הלחץ בכלי השתנה.
מהדקה השישית ואילך לא נמדד שינוי בלחץ בכלי .

  1. מה ניתן להסיק מהעובדה שהלחץ במערכת לא משתנה ?

בשלב שבו הלחץ לא השתנה יותר נמדד ריכוז חומר B בכלי ונמצא שווה ל 3M .

  1. השלם בטבלה הבאה את הנתונים החסרים .
    הפרעות-לשיווי-משקל-2

    יחס מקדמים
    התחלה
    שינוי
    שיווי משקל
  2. רשמו את הביטוי לקבוע שיווי משקל עבור התהליך, וחשבו את ערכו.
  3. ציירו בגרף הבא את מה שקרה במערכת במשך 5 הדקות הראשונות, ותארו בגרף גם את חמש הדקות הבאות, שבהם לא היה שינוי בלחץ (שימו לב שיש להוסיף בגרף את  הצירים, היחידות, וקנה המידה).
    הפרעות-לשיווי-משקל-3

פתרון

  1.  מהרגע שבו לא חל עוד שינוי בלחץ הנמדד בכלי,
     ניתן לומר שהמערכת הגיעה לשיווי משקל.
  1. נראה את בפתרון בשלבים, הצבעים יתארו עבורכם מאיזה נתון חישבנו את הנתון הבא. כמובן שמה שנדרש הוא רק הטבלה בשלב האחרון
    הפרעות-לשיווי-משקל-2

    יחס מקדמים  2 1
    התחלה (0M) 4M
    שינוי
    שיווי משקל 3M
    יחס מקדמים  2 1
    התחלה (0M) 4M
    שינוי  +3M
    שיווי משקל 3M 1
    יחס מקדמים  2 1
    התחלה (0M) 4M
    שינוי  +3M -1.5M 
    שיווי משקל 3M 1
    יחס מקדמים  2 1
    התחלה (0M) 4M
    שינוי  +3M -1.5M 
    שיווי משקל 3M 2.5M
  2. ולכן
    = 3.6 32 = [B]2 Kc =
    2.5 [A]
  3. והגרף:
    הפרעות-לשיווי-משקל-4

מהי הפרעה למערכת הנמצאת במצב שיווי משקל ?

ניתן לגרום למערכת הנמצאת במצב שיווי משקל לצאת ממצב השיווי משקל.

אם במצב שיווי משקל אין שינוי בריכוזי כל החומרים הנמצאים במערכת, מהירות התגובה הישירה שווה למהירות התגובה ההפוכה וכמובן שכל הגדלים המדידים קבועים כפי שכבר הסברנו. אז כשהמערכת לא בשיווי משקל, מהירויות התגובה הישירה וההפוכה לא שוות, ולכן חלים שינויים בריכוזי החומרים השונים של המערכת עד שהמערכת מתייצבת על מצב שיווי משקל מחדש.

כאשר המערכת לא בשיווי משקל חלים במערכת, בנוסף לשינויי ריכוז החומרים, גם שינויים בגדלים נמדדים אחרים למשל צבע , לחץ , מוליכות , pH ועוד .

כשהמערכת מגיעה מחדש לשיווי משקל לא משתנים בה יותר כל הגדלים הללו, וכמובן ריכוז החומרים הופך שוב לקבוע ולא משתנה (למרות שמתרחשות שתי התגובות ההפוכות כל הזמן אך הi מתרחשות שוב באותה המהירות).

דגש חשוב מאוד הוא שכל עוד לא שונתה טמפרטורת המערכת כשהמערכת תגיע מחדש למצב שיווי משקל, ערכו של קבוע שיווי המשקל Kc יהיה זהה לערכו של קבוע שיווי המשקל שהיה לפני ההפרעה .
בנוסף, זמן ההגעה של המערכת למצב שיווי משקל לא ישתנה, כל עוד לא ישנו את טמפרטורת הניסוי או ישתמשו בזרז (לגבי הזרז נתייחס לכך בהמשך).

אז איך ניתן להוציא מערכת הנמצאת במצב שיווי משקל משיווי המשקל שלה?

ישנם מספר דרכים לעשות זאת.
בפרק זה אנו נתייחס לשני גורמים המאפשרים את הוצאת המערכת ממצב שיווי משקל:

  1. הפרעת ריכוזים – זהו שינוי בריכוז אחד החומרים או יותר במערכת הנמצאת בשיווי משקל.
  2. הפרעת טמפרטורה – זהו שינוי בטמפרטורה של המערכת הנמצאת במצב שיווי משקל.

הפרעת ריכוזים

זו הפרעה בה משתנה ריכוז אחד החומרים במערכת (יכול להיות גם יותר מאחד):

  1. על ידי הוספה של אחד או יותר מהחומרים שהם חלק מהמערכת למיכל התגובה. בהוספת החומר/ים למיכל התגובה גדלה כמות המולים והריכוז של אותו החומר .
  2. או הוספת חומר נוסף שהוא לא חלק מהמערכת הנמצאת בש"מ, אבל חומר זה (החומר הנוסף) מגיב עם אחד מהחומרים במערכת הנמצאת בש"מ, ועל ידי כך מקטין את מספר המולים של אחד ממרכיבי המערכת ואת ריכוזו .

כשדנים בהפרעת ריכוזים אנו נדרשים לדעת להתייחס לתופעה בשלוש דרכים :

  1. על פי תורת ההתנגשויות
  2. על פי השוואה בין Q (מנת הריכוזים) ל – Kc (קבוע ש"מ) .
  3. על פי עקרון לה שטלייה (נפרט בהמשך)

המשך התוכן בעמוד זה למנויים (חודשי/שנתי) בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

אם אין ברשותך מנוי אנא בדוק/בדקי את תוכניות מנויים