مفاهیم اولیه

فرآیندهای برگشت پذیر , برگشت ناپذیر :

در شیمی (3) خواندیم که در پیشرفت یک واکنش دو عامل انرژی و بی نظمی نقش اساسی دارند.عامل انرژی : از دیدگاه انرژی , گرماده بودن یک عامل مساعد و گرماگیر بودن یک عامل نامساعد برای انجام پذیری خود به خودی واکنش ها است.

عامل بی نظمی : افزایش بی نظمی یک عامل مساعد و کاهش بی نظمی یک عامل نامساعد برای انجام خود به خودی واکنش ها است.

اگر در واکنشی هر دو عامل پیشرفت خود به خودی مساعد باشند واکنش تا مرز کامل شدن و مصرف کامل یکی از فراورده ها پیش می رود. به این واکنش ها واکنش برگشت ناپذیر (کامل یا یک طرفه) گویند. واکنش برگشت ناپذیر را با نماد نشان می دهند.

مثال : سوختن هیدروکربن ها یک واکنش برگشت ناپذیر است :

اگر در واکنشی از دو عامل انرژی و بی نظمی یکی مساعد و دیگری نامساعد باشد تحت شرایطی فراورده ها می توانند با یکدیگر واکنش داده و مجددا واکنش دهنده ها را تولید کنند این واکنش ها را برگشت پذیر (دو طرفه یا ناقص) می گویند واکنش های برگشت پذیر را با نماد نمایش می دهند.

مثال : تبخیر آب فرآیندی برگشت پذیر است :

در این واکنش ها لزوما سرعت واکنش رفت و برگشت یکسان نیست.

مفهوم تعادل

هر فرآیند برگشت پذیر در شرایطی خاص از فشار و دما می تواند به حالتی به نام تعادل دست یابد در این شرایط سرعت واکنش رفت و برگشت برابر است واکنش تعادلی را با نماد نمایش می دهند.

مثال : واکنش تشکیل HI از در دمای به تعادل می رسد.

در برخی از کتاب ها برای نمایش تعادل به جای نماد از نماد استفاده می کنند.

برای درک بهتر مفهوم تعادل از سرعت سنج استفاده می کنیم. به تصاویر زیر دقت کنید قرار گرفتن عقربه سرعت سنج در مقابل هر علامت مفهوم خاصی دارد :

ویژگی های یک سیستم (سامانه) تعادلی

1-اصلی ترین ویژگی سیستم های تعادلی برابر بودن سرعت واکنش رفت و برگشت است. بدیهی است که در لحظه شروع واکنش رفت با سرعت انجام می شود در حالی که سرعت واکنش برگشت صفر است (زیرا در لحظه شروع مواد فراورده وجود ندارد و غلظت آن ها صفر است) , با گذشت زمان و با کاهش غلظت مواد واکنش دهنده و افزایش غلظت مواد فراورده به تدریج سرعت واکنش رفت کاهش یافته و به طور همزمان سرعت واکنش برگشت افزایش می یابد تا سرعت واکنش رفت و برگشت برابر شود.

در صورت مناسب بودن شرایط بین مواد واکنش دهنده و فراورده تعادل برقرار می گردد. به وضعیت سرعت سنج ها از لحظه برقراری تعادل دقت کنید.

2-خواص ظاهری و مقابل مشاهده یا ثبت را در یک سیستم تعادلی خواص ماکروسکپی می نامند این خواص مانند رنگ , بو , فشار که به غلظت مواد وابسته هستند در لحظه تعادل ثابت می مانند.

به نمودارهای مربوط به تغییر غلظت مواد واکنش دهنده و فراورده نسبت به زمان در یک واکنش تعادلی مثل توجه کنید :

با توجه به این نمودارها می توان نتیجه گرفت که غلظت فراورده ها و واکنش دهنده ها در لحظه تعادل برابر یا متفاوت یکدیگر باشد.

3-در حال تعادل یک سیستم تعادلی نمی تواند با محیط اطراف تبادل ماده و انرژی داشته باشد و به عبارت بهتر یک سیستم تعادلی نسبت به محیط اطراف خود از نظر ماده و انرژی بسته است. زیرا در غیر این صورت با تبادل ماده یا انرژی غلظت مواد واکنش دهنده و فرآورده ها تغییر کرده و سرعت واکنش رفت و برگشت تغییر کرده و شرط اساسی یک تعادل یعنی مساوی بودن سرعت واکنش رفت و برگشت نقض می شود.

4-در تعادل غلظت مواد و خواص ماکروسکپی ثابت است اما عملا واکنش متوقف نشده است بلکه هم چنان واکنش های رفت و برگشت در حال انجام شدن هستند از این رو می گویند تعادل پویا است یعنی در سطح مولکولی همواره تبدیل مواد به یک دیگر در حال انجام شدن است.

تعادل های فیزیکی و شیمیایی :

هر گاه یک فرایند تعادلی تنها شامل یک تغییر فیزیکی باشد به آن تعادل فیزیکی می گوییم مثل :

و از طرفی اگر تعادل شامل تبدیل شیمیایی مواد واکنش دهنده به محصولات و برعکس باشد به آن تعادل شیمیایی می گوییم مثل :

تعادل های همگن و ناهمگن :

در تعادل های همگن همه مواد شرکت کننده در تعادل در یک فاز هستند مثل :

در تعادل ناهمگن مواد شرکت کننده در تعادل در فازهای متفاوتی قرار دارند . مثل :