محاكي الاتزان الكيميائي (لوشاتلييه)
المعادلات في هذه المحاكاة
| ΔH° | إنثالبي التفاعل | سالب: تكوين الأمونيا يطلق حرارة، لذا رفع درجة الحرارة يدفع التوازن رجوعًا نحو N₂ وH₂ | |
|---|---|---|---|
| n | مولات كل غاز | الجزيئات المرسومة عشرون لكل مول |
| p | الضغط الجزئي لكل غاز، bar | p = n R T ÷ V | |
|---|---|---|---|
| Q | حاصل التفاعل: النسبة نفسها للخليط كما هو الآن | تحت K يسير التفاعل إلى الأمام، وفوق K يسير إلى الخلف، حتى Q = K | |
| K_p | ثابت التوازن | تحدده درجة الحرارة وحدها، لا الكميات ولا الحجم |
بالقيم الحالية:
| ΔS° | إنتروبيا التفاعل | −198 J/(mol·K): أربعة جزيئات غاز تصبح اثنين | |
|---|---|---|---|
| ΔG° | طاقة جيبس القياسية للتفاعل | سالبة تحت نحو 465 K، حيث تُفضَّل الأمونيا |
بالقيم الحالية:
| p_total | الضغط الكلي | ضغط الوعاء يرفعه، فيستجيب التفاعل بتكوين جزيئات أقل: 4 تصبح 2 |
|---|
بالقيم الحالية:
كيف تستخدم محاكي الاتزان الكيميائي
- يبدأ الوعاء بمول من النيتروجين (أزواج زرقاء) وثلاثة من الهيدروجين (أزواج بيضاء). يتفاعلان ويكوّنان الأمونيا (واحد أزرق وثلاثة بيضاء) حتى يصل المزيج إلى الاتزان، حيث تتكون الأمونيا بسرعة تفككها نفسها وتساوي Q قيمة K.
- أخلّ به وشاهد كيف ينزاح ليعوّض، كما يقول مبدأ لوشاتلييه. اضغط الوعاء فيرتفع الضغط، فيكوّن التفاعل مزيدًا من الأمونيا، محوّلًا أربعة جزيئات إلى اثنين. سخّنه، ولأن تكوين الأمونيا يطلق حرارة، ينزاح عائدًا نحو النيتروجين والهيدروجين. أضف غازًا، أو أزل الأمونيا، فيتحرك المزيج ليستهلكه أو يعوّضه.
- أزل الحفّاز وبرّد الوعاء لترى النصف الآخر من القصة: في درجة حرارة منخفضة يفضّل الاتزان الأمونيا، لكن التفاعل بطيء جدًا فلا يكاد يتقدم. ويبين الرسم كسر الأمونيا عند الاتزان مقابل درجة الحرارة للحجم المختار.
الأسئلة الشائعة
ما الاتزان الكيميائي؟
الحالة التي يصل إليها تفاعل عكوس، حيث يسير التفاعلان الأمامي والعكسي بالسرعة نفسها، فتتوقف الكميات عن التغير رغم أن الجزيئات تظل تتفاعل في الاتجاهين. لـ N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ يتحقق حين يساوي حاصل التفاعل Q = p(NH₃)² ÷ (p(N₂) p(H₂)³) ثابت الاتزان K.
ما مبدأ لوشاتلييه؟
إن أُخلّ باتزان، ينزاح في الاتجاه الذي يلغي الإخلال جزئيًا. إضافة متفاعل تزيحه إلى الأمام لاستهلاك جزء منه؛ وإزالة ناتج تزيحه إلى الأمام لتعويض جزء منه؛ ورفع الضغط يفضّل الجانب ذا الجزيئات الغازية الأقل؛ ورفع درجة الحرارة يفضّل الاتجاه الماص للحرارة.
لماذا تعمل عملية هابر في الحرارة إن كانت الحرارة تخفض المردود؟
لأن التفاعل عند درجة حرارة بمردود جيد بطيء جدًا، حتى مع حفّاز. تصل الصناعة إلى حل وسط: نحو 450 °C، وحفّاز من الحديد، وضغط من 150 إلى 300 bar لاستعادة المردود، مع تكثيف الأمونيا وإعادة تدوير الغاز غير المتفاعل. هذه الخطوة الأخيرة هي زر «أزل NH₃».
هل يغيّر الحفّاز الاتزان؟
لا. يسرّع التفاعلين الأمامي والعكسي بالمعامل نفسه، فيصل المزيج إلى الاتزان أسرع لكن بالتركيب نفسه تمامًا. درجة الحرارة وحدها تغيّر K؛ أما الضغط والكميات فتغيّر Q، ثم يتحرك المزيج حتى تعود Q مساوية لـ K.
تقول إن WebGL معطّل.
يحتاج العرض ثلاثي الأبعاد إلى WebGL، وهو موجود في كل المتصفحات الحالية. قد يكون معطّلًا إن كان تسريع العتاد مطفأً في إعدادات المتصفح، أو بسبب برنامج تشغيل رسومي قديم جدًا. فعّل تسريع العتاد أو جرّب متصفحًا آخر.
هل يُرفع أي شيء؟
لا. يرسم متصفحك نفسه المحاكاة بـ WebGL؛ لا يُرسل شيء إلى أي مكان، وتستمر في العمل دون اتصال بعد تحميل الصفحة.