تعریف تعادل شیمیایی
تعادل شیمیایی زمانی به وجود می‌آید که سرعت واکنش مستقیم برابر با سرعت واکنش معکوس شود. به عبارت ساده‌تر، وقتی مواد واکنش‌دهنده و محصولات در شرایط مشخصی ثابت می‌مانند، واکنش در حالت تعادل است.در واکنش‌های شیمی آلی، ثابت تعادل تعیین‌کننده جهت واکنش است.
در شیمی دوازدهم، شما با واکنش‌هایی روبه‌رو هستید که در آنها مواد تولید شده و دوباره به مواد اولیه تبدیل می‌شوند. یعنی یک واکنش دینامیکی در جریان است، که در آن همه چیز ثابت به نظر می‌رسد، اما در حقیقت، واکنش‌ها همزمان در حال پیشرفت هستند.
مثال ساده:
فرض کن واکنش زیر اتفاق می‌افته:
N۲ + ۳H۲ ⇌ ۲NH۳
یعنی گاز نیتروژن و هیدروژن با هم واکنش می‌دن و آمونیاک تولید می‌کنن. ولی در حالت تعادل، این تولید و مصرف همزمان داره اتفاق می‌افته.
لازم به ذکر است که محاسبه ثابت تعادل در محاسبات استوکیومتری کاربرد دارد.
ثابت تعادل (K)
ثابت تعادل عددی است که نشان می‌دهد در یک واکنش تعادلی، نسبت غلظت محصولات به مواد اولیه چه مقدار است. این ثابت در دماهای خاص ثابت می‌ماند.
aA + bB ⇌ cC + dD
فرمول ثابت تعادل به شکل زیر است:
که در آن:
[A]، [B]، [C] و [D] غلظت مواد در حالت تعادل هستند.
a، b، c و d ضرایب واکنش هستند.
نکات مهم درباره ثابت تعادل:
ثابت تعادل فقط در دمای مشخص، مقدار ثابتی دارد. با تغییر دما، مقدار K تغییر می‌کند.
مواد خالص (مایعات و جامدات) در محاسبه‌ی ثابت تعادل وارد نمی‌شوند، زیرا غلظت آنها عملاً تغییر نمی‌کند.
واحد ثابت تعادل بسته به نوع واکنش و ضرایب مواد می‌تواند متفاوت باشد (اگرچه در کتاب درسی تأکید زیادی روی واحد آن نمی‌شود).
مقدار K نشان می‌دهد که در حالت تعادل، بیشتر مواد اولیه وجود دارند یا محصولات:
اگر K بزرگ‌تر از ۱ باشد → تعادل به نفع تولید محصولات است.
اگر K کوچک‌تر از ۱ باشد → تعادل بیشتر به نفع باقی‌ماندن واکنش‌دهنده‌هاست.
اگر K نزدیک به ۱ باشد → غلظت واکنش‌دهنده‌ها و محصولات تقریباً برابر است.
اهمیت مفهوم ثابت تعادل:
درک مفهوم K برای پیش‌بینی رفتار سیستم‌های تعادلی در شرایط مختلف بسیار مهم است. این مقدار به ما کمک می‌کند بدانیم واکنش تا چه حد پیش می‌رود، چقدر از مواد اولیه مصرف می‌شود و چقدر محصول به‌دست می‌آید. همچنین در مباحثی مانند اصل لوشاتلیه، که به بررسی تأثیر تغییرات دما، فشار و غلظت بر تعادل می‌پردازد، دانستن مقدار ثابت تعادل و عوامل مؤثر بر آن نقش اساسی دارد.
