الاتزان الحراري Thermal equilibrium

الاتزان الحراري Thermal equilibrium

الاتزان الحراري Thermal equilibrium

تعريف مفهوم الإتزان الحراري:

هوالحالة التي تصبح عندها درجة حرارة الجسم ثابتة وتكون كمية الطاقة الحرارية التي يطردها للوسط المحيط ( المفقودة ) مساوية لكمية الحــرارة التــي يستمدها منه ( المكتسبة ).
فأي مادة تتبادل الطاقة الحرارية مع الوسط الميحط حيث تأخذ منه ( تكتسب ) وتعطيه (تفقد) في نفس الوقت .

 فإذا كانت الطاقة الحرارية المفقودة أكبر من الطاقة الحرارية المكتسبة تنخفض درجة
حرارة المادة , وإذا كانت كمية الطاقة الحرارية المفقودة أقل من كمية الطاقة الحرارية المكتسبة ارتفعت درجة حرارة المادة . وعندما تصبح كمية الحرارة المكتسبة مساوية لكمية الحرارة المفقودة تثبت درجة حرارة المادة , أي تصبح في حالة اتزان حراري .

س : ما هي العوامل المؤثرة في الإتزان الحراري ؟

هنالك عدة عوامل تؤثر على الإتزان الحراري ، منها :

أولاً : أثر التركيز على حالة الاتزان : 

لقد وجد عملياً أنه بزيادة تركيز إحدى المواد المتفاعلة فإن التفاعل سيسير في الاتجاه الأصلي نحو تكون المزيد من المواد الناتجة .

وعند زيادة تركيز إحدى المواد الناتجة فإن التفاعل يسير في الاتجاه العكسي نحو تكون المزيد من المواد المتفاعلة ، والعكس بالعكس .

وفي كل الحالات تبقى قيمة ثابت الاتزان K ثابتة لا تتغير فتغير التركيز لا يؤثر على قيمة ثابت الاتزان .

ويمكن تفسير هذا الأثر وفق مبدأ لوشاتلييه على اعتبار أن زيادة تركيز احدى المواد المتفاعلة ( مثلاً ) يؤدي إلى اختلال الاتزان فيكون هذا هو المؤثر ولكي يحافظ التفاعل على حالة الاتزان فإنه سيعتريه تغير في الاتجاه الذي يقلل من فعل هذا المؤثر وهو هنا بسير التفاعل في الاتجاه الاصلي . فالكمية المضافة من المادة المتفاعلة ستتوزع في طرفي المعادلة ( جزء يبقى متفاعلات وجزء يتحول لنواتج ) ليصل التفاعل إلى حالة اتزان جديدة تبقى فيها قيمة ثابت الاتزان للتفاعل ثابتة لا تتغير .

ثانياً : أثر الضغط على حالة الاتزان : 

يقتصر أثر الضغط في التفاعلات المتزنة على التفاعلات الغازية فقط ووجد عملياً أن أثرالضغط على حالة الاتزان يتوقف على نوع التفاعل من حيث تساوي عدد مولات المواد في طرفي المعادلة أو عدم تساويها ، ففي التفاعلات التي يكون فيها عدد مولات المواد المتفاعلة يساوي عدد مولات المواد الناتجة وجد أن تغير الضغط لا يؤثر على حالة الاتزان ولا على قيمة ثابت الاتزان K بالطبع .

أما بالنسبة للتفاعلات التي تختلف فيها عدد مولات المواد في طرفي المعادلة فوجد أنه بزيادة الضغط ( زيادة الضغط على النظام بالكامل ) فإن التفاعل يتجه نحو الطرف الذي يكون فيه عدد مولات المواد أقل ، وبنقص الضغط يتجه التفاعل نحو عدد المولات الأكثر ولا تتأثر هنا قيمة ثابت الاتزان K أيضاً .

ويمكن تفسير هذا الأثر من خلال مبدأ لوشاتلييه على أساس أنه عند زيادة الضغط (

على التفاعل بالكامل ) فإن الضغط الناشيء عن المواد ( المتفاعلة أو الناتجه ) ذات عدد المولات الأكثر سيكون أكبر ( تذكر أن الضغط الجزئي للغازات يعتمد على عدد الجسيمات وليس نوعها ) فيكون هذا المؤثر ومن ثم فإن رد الفعل للتقليل من هذا المؤثر فإن التفاعل سيتجه نحو الطرف الذي تكون فيه عدد المولات أقل ليصل التفاعل إلى حالة اتزان جديدة تكون عندها قيمة ثابت الاتزان K مساوية لقيمة ثابت الاتزان قبل زيادة الضغط أي أن قيمة ثابت الاتزان لا تتغير بتغير الضغط .

ثالثاً : أثر درجة الحرارة على حالة الاتزان :

 يتوقف أثر درجة الحرارة في التفاعلات المتزنة على نوع التفاعل من حيث المحتوى الحراري ففي التفاعلات الماصة للحرارة وجد عملياً أن ارتفاع درجة الحرارة في التفاعل المتزن تجعل التفاعل يسير في الاتجاه الأصلي نحو تكوين المزيد من المواد الناتجة ( على حساب المواد المتفاعلة ) بمعنى أنه في هذه الحالة سيزداد تركيز المواد الناتجة ( الموجودة في بسط قانون الاتزان ) ويقل تركيز المواد المتفاعلة ( الموجودة في المقام ) لذلك نجد أن قيمة ثابت الاتزان تزداد بارتفاع درجة الحرارة في التفاعلات الماصة للحرارة ، والعكس صحيح بخفض درجة الحرارة .

وفي التفاعلات الطاردة للحرارة وجد عملياً أن ارتفاع درجة الحرارة في التفاعل المتزن تجعل التفاعل يسير في الاتجاه العكسي نحو تكون المزيد من المواد المتفاعلة ( على حساب المواد الناتجة ) بمعنى أنه في هذه الحالة سيزداد تركيز المواد المتفاعلة ( الموجودة في مقام قانون الاتزان ) ويقل تركيز المواد الناتجة ( الموجودة في البسط ) لذلك نجد أن قيمة ثابت الاتزان تقل بارتفاع درجة الحرارة في التفاعلات

الطاردة للحرارة ، والعكس صحيح بخفض درجة الحرارة .

ويمكن تفسير أثر الحرارة على حالة الاتزان وفق مبدأ لوشاتلليه على افتراض أننا يمكن اعتبار الحرارة في التفاعلات الماصة للحرارة وكأنها مادة متفاعلة فعندما نرفع درجة الحرارة نكون كأننا أضفنا كمية من المادة المتفاعلة للتفاعل فيكون رد فعل التفاعل للتقليل من هذا المؤثر هو اتجاه التفاعل في الاتجاه الأصلي .

والشيء نفسه يحدث في التفاعلات الطارة للحرارة فيمكن اعتبار الحرارة هنا

وكأنها مادة ناتجة .

المواد الحافزة وجد عملياً بأنها لاتؤثر على حالة

الاتزان اطلاقاً ويتوقف أثرها على زيادة سرعة الوصول إلى حالة الاتزان عن

طريق زيادة سرعة التفاعليين العكسيين ومن ثم فإنها لاتؤثر على قيمة ثابت الاتزان K أيضاً .وكذلك السموم فليس لها تأثير لا على حالة الاتزان ولا قيمة ثابت الاتزان .

أنواع الاتزان الحراري :

كما في الميكانيكا فإنَّ الاتزان الحراري عدة أنواع :

1) الاتزان المستقِّر stable equilibrium :

وفيه يعود النظام إلى وضعه الأصلي بعد أنْ يعاني "إزاحة بسيطة" عن وضع اتزانه الابتدائي.
2) الاتزان شبه المستقِّر metastable equilibrium :

 وفيه يكون النظام مستقراً بعد تعرضه لإزاحات بسيطة ولكنه يُصبح غير مستقر إذا كانت الإزاحات كبيرة.
3) الاتزان المحايد neutral equilibrium :

وفيه يستقِّر النظام في وضع جديد بعد إزالة مسببات إزاحته .

4) الاتزان غير المستقِّر unstable equilibrium :

وفيه لا يستقر النظام حتى لإزاحات متناهية في الصغر.

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

يمكنكم من التالي :

تحميل مجموعة من كتب الديناميكا الحرارية pdf

تعديل المقال