הפרעות לשיווי משקל


הפרעות לשיווי משקל

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

כמו כן, ריכוז כל אחד ממרכיבי המערכת קבוע, וכן מוגדר למערכת גודל הנקרא קבוע שיווי משקל, שמתאר את יחס מכפלת ריכוזי התוצרים המחולקת במכפלת 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 הזאת תלווה אותנו לאורך כל השיעור של הפרעות לשיווי משקל:

ניקח את המערכת הבאה:
המערכת נמצאת בטמפרטורה של 300K

הפרעות-לשיווי-משקל-1

למכל תגובה שנפחו 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 אינו משתנה עוד?

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

  1. השלימו את הנתונים החסרים בטבלה:
    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 את השינויים במערכת במשך 5 הדקות הראשונות, ותארו בגרף גם את חמש הדקות הבאות, שבהן לא היה שינוי בלחץ (שימו לב: יש 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 הפתרון בשלבים. הצבעים יסמנו עבורכם את הנתון שעל פיו ביצענו את החישוב ואת תוצאת החישוב. כמובן, נדרשת כאן 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 מן המצב של שיווי משקל.

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

כאשר המערכת אינה בשיווי משקל, חלים במערכת, בנוסף על שינויי ריכוז החומרים, גם שינויים בגדלים הנמדדים האחרים למשל צבע, לחץ, מוליכות, pH ועוד .

כשהמערכת מגיעה מחדש לשיווי משקל, לא משתנים בה עוד כל הגדלים הללו, וכמובן, ריכוז החומרים הופך שוב לקבוע ואינו משתנה עוד (זאת על אף ששתי התגובות ההפוכות ממשיכות להתרחש כל הזמן, אלא שהן מתרחשות שוב באותה המהירות).

דגש חשוב מאוד: כל עוד לא שונתה טמפרטורת המערכת, כשהמערכת תגיע מחדש למצב שיווי משקל, ערכו של קבוע שיווי המשקל, Kc, במערכת שהגיעה לשיווי משקל לאחר הפרעה, יהיה זהה לערכו של קבוע שיווי המשקל שהיה לפני ההפרעה.
כמו כן, זמן ההגעה של המערכת למצב שיווי משקל לא ישתנה כל עוד לא ישנו את טמפרטורת הניסוי או לא ישתמשו בזרז (לעניין הזרז נתייחס בהמשך).

אם כן, איך ניתן להוציא מערכת משיווי המשקל שלה?

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

  1. הפרעת ריכוזים: זהו שינוי בריכוז של אחד או יותר מן החומרים 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 מחומר אחד):

  1. על-ידי הוספה של אחד או יותר מהחומרים שהם חלק מהמערכת למכל התגובה. בהוספת החומר/ים למכל התגובה, גדל מספר המולים ועולה הריכוז של אותו החומר; או-
  2. על-ידי הוספת חומר נוסף, שאינו חלק מהמערכת הנמצאת בשיווי משקל, אבל מגיב עם אחד מהחומרים במערכת הנמצאת בשיווי משקל, ועל-ידי כך מקטין את מספר המולים של אחד ממרכיבי המערכת ואת ריכוזו.

כשדנים בהפרעת ריכוזים, אנו נדרשים לדעת להתייחס לתופעה בשלוש דרכים אלה:

  1. על פי תורת ההתנגשויות;
  2. על פי השוואה בין Q (מנת הריכוזים) ל-Kc (קבוע שיווי משקל);
  3. על פי עקרון לה שטלייה (נפרט בהמשך).

המשך התוכן בעמוד זה למנויים בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

לרכישת מנוי לחץ כאן