זמן הגעת המערכת לשיווי משקל


זמן הגעת המערכת לשיווי משקל

אחד המדדים שמודדים, עבור מערכות שיווי משקל, הוא משך הזמן הדרוש למערכת כדי להגיע למצב שיווי משקל.
שני גורמים משפיעים על משך הזמן בו מגיעה המערכת למצב שיווי משקל:

  1. זרז;
  2. שינויי טמפרטורה.

שימוש בזרז

כפי שכבר למדנו, זרזים משפיעים על גודלה של אנרגיית השפעול של תהליך.
הם יוצרים עבור התהליך מנגנון חלופי, שיש בו אנרגיית שפעול נמוכה יותר.
בעקבות שינוי גודלה של אנרגיית השפעול, נוצר מצב חדש, שבו ליותר מולקולות מגיב יש בזמן ההתנגשות ביניהם, אפשרות להיווצרות תצמיד משופעל, עם כמות אנרגיה גבוהה מזו של אנרגיית השפעול.
במצב חדש כזה, יותר התנגשויות תהיינה התנגשויות פוריות, וכתוצאה מכך, זמן הגעת המערכת למצב שיווי משקל יהיה קצר יותר.

יש לשים לב שהשימוש בזרז אינו משפיע על הרכב המערכת במצב שיווי משקל. זאת אומרת, לא ייווצרו יותר תוצרים בזמן השימוש בזרז; התוצרים רק יתקבלו בזמן קצר יותר.

היות שהרכב המערכת לא ישתנה במצב שיווי משקל, גם ערכו של קבוע שיווי המשקל לא ישתנה (זאת, כל עוד לא השתנתה טמפרטורת המערכת).

שינויי טמפרטורה

גם כאן כבר למדנו ששינוי טמפרטורה משמעותו שינוי באנרגיה הקינטית הממוצעת של חלקיקי החומר.

עליית טמפרטורה משמעותה עלייה באנרגיה הקינטית הממוצעת, שאז חלקיקי החומר נעים במהירות ממוצעת גדולה יותר, דבר שיגרום ליותר התנגשויות ואתן יותר התנגשויות פוריות.
כמו-כן, תוספת האנרגיה מקנה אנרגיה רבה יותר ליותר מולקולות. לכן, בזמן ההתנגשות יש ליותר מולקולות די אנרגיה כדי לעבור את המחסום האנרגטי, את אנרגיית השפעול.

ואילו ירידה בטמפרטורה משמעותה, ירידה באנרגיה הקינטית הממוצעת של חלקיקי החומר, ולכן ירידה במהירות הממוצעת של חלקיקי החומר, דבר שיקטין את הסיכוי להתנגשות ביניהם. לכן גם יהיו פחות התנגשויות פוריות, וליותר מולקולות יש פחות אנרגיה, ולכן, בזמן ההתנגשות, לפחות מולקולות יש די אנרגיה כדי לעבור את המחסום האנרגטי, היינו, את אנרגיית השפעול.

שינוי הטמפרטורה משפיע במידה לא שווה על מהירויות שתי התגובות, הישירה וההפוכה. (שינוי הטמפרטורה משפיע באופן חד יותר על התגובה האנדותרמית: עליית הטמפרטורה גורמת לתגובה האנדותרמית להיות מהירה יותר עד להגעה מחדש לשיווי משקל, ואילו ירידה בטמפרטורה גורמת לתגובה האנדותרמית להיות איטית יותר עד להגעה מחדש לשיווי משקל).
לכן שינוי טמפרטורה במערכת הנמצאת במצב שיווי משקל, תמיד יוציא את המערכת ממצב שיווי משקל. כשהמערכת תגיע מחדש למצב שיווי משקל, המנה המתקבלת מחלוקתה של מכפלת ריכוז התוצרים במכפלת ריכוז המגיבים לא תהיה שווה לערך שלפני ההפרעה. זאת אומרת, נקבל ערך חדש לקבוע שיווי המשקל Kc.

בין שהתגובה הישירה היא אנדותרמית ובין שהיא אקסותרמית, חימום (עלייה בטמפרטורה) יגרום למערכת להגיע למצב שיווי משקל בזמן קצר יותר, ואילו קירור (ירידה בטמפרטורה) יגרום למערכת להגיע למצב שיווי משקל בזמן ארוך יותר. ובכל אחד משני המצבים כשהמערכת תגיע מחדש למצב שיווי משקל, יתקבל קבוע שיווי משקל שערכו שונה מערכו של קבוע שיווי המשקל שלפני שינוי הטמפרטורה.

דוגמאות

המשך התוכן בעמוד זה למנויים בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

לרכישת מנוי לחץ כאן