حاسبة قيمة Kp للتوازن الكيميائي

مقدمة عن قيمة Kp في الكيمياء

تعتبر ثابت التوازن Kp مفهومًا أساسيًا في الكيمياء يقيس العلاقة بين المنتجات والمتفاعلات في تفاعل كيميائي عند التوازن. على عكس ثوابت التوازن الأخرى، يستخدم Kp بشكل خاص الضغوط الجزئية للغازات للتعبير عن هذه العلاقة، مما يجعله ذا قيمة خاصة للتفاعلات الغازية. توفر حاسبة قيمة Kp هذه وسيلة بسيطة لتحديد ثابت التوازن للتفاعلات الغازية بناءً على الضغوط الجزئية والمعاملات الستيوكيومترية.

في الديناميكا الحرارية الكيميائية، تشير قيمة Kp إلى ما إذا كان التفاعل يفضل تكوين المنتجات أو المتفاعلات عند التوازن. تشير قيمة Kp الكبيرة (أكبر من 1) إلى أن المنتجات مفضلة، بينما تشير قيمة Kp الصغيرة (أقل من 1) إلى أن المتفاعلات هي السائدة عند التوازن. هذه القياسات الكمية ضرورية لتوقع سلوك التفاعل، وتصميم العمليات الكيميائية، وفهم عفوية التفاعل.

تبسط حاسبتنا عملية تحديد قيم Kp المعقدة غالبًا من خلال السماح لك بإدخال المتفاعلات والمنتجات، ومعاملاتها الستيوكيومترية، والضغوط الجزئية لحساب ثابت التوازن تلقائيًا. سواء كنت طالبًا يتعلم مفاهيم التوازن الكيميائي أو كيميائيًا محترفًا يحلل ظروف التفاعل، توفر هذه الأداة حسابات Kp دقيقة دون الحاجة إلى حساب يدوي.

شرح صيغة Kp

يتم تعريف ثابت التوازن Kp لتفاعل عام في طور الغاز بواسطة الصيغة التالية:

$K_p = \frac{\prod (P_{products})^{coefficients}}{\prod (P_{reactants})^{coefficients}}$

بالنسبة لتفاعل كيميائي يُمثل كالتالي:

$aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$

تصبح صيغة Kp:

$K_p = \frac{(P_C)^c \times (P_D)^d}{(P_A)^a \times (P_B)^b}$

حيث:

$P_A$ ، $P_B$ ، $P_C$ ، و $P_D$ هي الضغوط الجزئية للغازات A و B و C و D عند التوازن (عادةً في الأجواء، atm)
$a$ ، $b$ ، $c$ ، و $d$ هي المعاملات الستيوكيومترية للمعادلة الكيميائية المتوازنة

اعتبارات مهمة لحسابات Kp

الوحدات: تُعبر الضغوط الجزئية عادةً في الأجواء (atm)، ولكن يمكن استخدام وحدات ضغط أخرى طالما كانت متسقة طوال الحساب.
المواد الصلبة والسائلة النقية: لا تساهم المواد الصلبة والسائلة النقية في تعبير Kp لأن أنشطتها تعتبر 1.
اعتماد درجة الحرارة: تعتمد قيم Kp على درجة الحرارة. تفترض الآلة الحاسبة أن الحسابات تتم عند درجة حرارة ثابتة.
العلاقة مع Kc: Kp (المبني على الضغوط) مرتبط بـ Kc (المبني على التركيزات) بواسطة المعادلة: $K_p = K_c \times (RT)^{\Delta n}$ حيث $\Delta n$ هو التغير في عدد مولات الغاز في التفاعل.
الحالة القياسية: عادةً ما يتم الإبلاغ عن قيم Kp في ظروف قياسية (ضغط 1 atm).

الحالات الحدية والقيود

قيم كبيرة جدًا أو صغيرة: بالنسبة للتفاعلات ذات الثوابت التوازنية الكبيرة جدًا أو الصغيرة جدًا، تعرض الآلة الحاسبة النتائج بالتدوين العلمي للوضوح.
الضغوط الصفرية: يجب أن تكون الضغوط الجزئية أكبر من الصفر، حيث ستؤدي القيم الصفرية إلى أخطاء رياضية في الحساب.
سلوك الغاز غير المثالي: تفترض الآلة الحاسبة سلوك الغاز المثالي. بالنسبة للأنظمة ذات الضغط العالي أو الغازات الحقيقية، قد تكون التصحيحات ضرورية.

كيفية استخدام حاسبة قيمة Kp

تم تصميم حاسبة Kp لتكون بديهية وسهلة الاستخدام. اتبع هذه الخطوات لحساب ثابت التوازن لتفاعلك الكيميائي:

الخطوة 1: إدخال معلومات المتفاعلات

لكل متفاعل في معادلتك الكيميائية:
- أدخل صيغة كيميائية اختيارية (مثل "H₂" أو "N₂")
- أدخل المعامل الستيوكيومتري (يجب أن يكون عددًا صحيحًا موجبًا)
- أدخل الضغط الجزئي (بالأجواء)
إذا كان لديك عدة متفاعلات، انقر على زر "إضافة متفاعل" لإضافة المزيد من حقول الإدخال.

الخطوة 2: إدخال معلومات المنتجات

لكل منتج في معادلتك الكيميائية:
- أدخل صيغة كيميائية اختيارية (مثل "NH₃" أو "H₂O")
- أدخل المعامل الستيوكيومتري (يجب أن يكون عددًا صحيحًا موجبًا)
- أدخل الضغط الجزئي (بالأجواء)
إذا كان لديك عدة منتجات، انقر على زر "إضافة منتج" لإضافة المزيد من حقول الإدخال.

الخطوة 3: عرض النتائج

تحسب الآلة الحاسبة تلقائيًا قيمة Kp أثناء إدخال البيانات.
يتم عرض النتيجة بشكل بارز في قسم النتائج.
يمكنك نسخ القيمة المحسوبة إلى الحافظة الخاصة بك من خلال النقر على زر "نسخ".

مثال حسابي

دعنا نحسب قيمة Kp للتفاعل: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

المعطيات:

الضغط الجزئي لـ N₂ = 0.5 atm (المعامل = 1)
الضغط الجزئي لـ H₂ = 0.2 atm (المعامل = 3)
الضغط الجزئي لـ NH₃ = 0.8 atm (المعامل = 2)

الحساب: $K_p = \frac{(P_{NH_3})^2}{(P_{N_2})^1 \times (P_{H_2})^3} = \frac{(0.8)^2}{(0.5)^1 \times (0.2)^3} = \frac{0.64}{0.5 \times 0.008} = \frac{0.64}{0.004} = 160$

قيمة Kp لهذا التفاعل هي 160، مما يشير إلى أن التفاعل يفضل تكوين المنتجات بشدة في الظروف المعطاة.

تطبيقات وحالات استخدام قيمة Kp

تتمتع ثابت التوازن Kp بالعديد من التطبيقات في الكيمياء والحقول ذات الصلة:

1. توقع اتجاه التفاعل

تعتبر واحدة من الاستخدامات الأساسية لـ Kp هي توقع الاتجاه الذي سيتجه إليه التفاعل للوصول إلى التوازن:

إذا كان حاصل التفاعل Q < Kp: سيتجه التفاعل للأمام (نحو المنتجات)
إذا كان Q > Kp: سيتجه التفاعل للخلف (نحو المتفاعلات)
إذا كان Q = Kp: يكون التفاعل في حالة توازن

2. تحسين العمليات الصناعية

في الإعدادات الصناعية، تساعد قيم Kp في تحسين ظروف التفاعل لتحقيق أقصى إنتاج:

إنتاج الأمونيا: يستخدم عملية هابر لتخليق الأمونيا (N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃) قيم Kp لتحديد ظروف الحرارة والضغط المثلى.
تصنيع حمض الكبريتيك: تستخدم عملية الاتصال بيانات Kp لتعظيم إنتاج SO₃.
تكرير النفط: يتم تحسين عمليات إعادة التشكيل والتكسير باستخدام ثوابت التوازن.

3. الكيمياء البيئية

تعتبر قيم Kp ضرورية لفهم الكيمياء الجوية والتلوث:

تكوين الأوزون: تساعد ثوابت التوازن في نمذجة تكوين الأوزون وتدهوره في الغلاف الجوي.
كيمياء الأمطار الحمضية: تساعد قيم Kp لتفاعلات SO₂ و NO₂ مع الماء في توقع تكوين الأمطار الحمضية.
دورة الكربون: توصف توازنات CO₂ بين الهواء والماء باستخدام قيم Kp.

4. البحث الصيدلاني

في تطوير الأدوية، تساعد قيم Kp في فهم:

استقرار الأدوية: تتنبأ ثوابت التوازن باستقرار المركبات الصيدلانية.
التوافر البيولوجي: تؤثر قيم Kp لتوازن الذوبان على امتصاص الأدوية.
تحسين التخليق: يتم تحسين ظروف تفاعل تخليق الأدوية باستخدام بيانات Kp.

5. البحث الأكاديمي والتعليم

تعتبر حسابات Kp أساسية في:

تعليم الكيمياء: تعليم مفاهيم التوازن الكيميائي
تخطيط البحث: تصميم تجارب مع نتائج قابلة للتنبؤ
الكيمياء النظرية: اختبار وتطوير نظريات جديدة حول التفاعلية الكيميائية

بدائل لـ Kp

بينما تعتبر Kp قيمة قيمة للتفاعلات في طور الغاز، قد تكون ثوابت توازن أخرى أكثر ملاءمة في سياقات مختلفة:

Kc (ثابت التوازن القائم على التركيز)

تستخدم Kc التركيزات المولارية بدلاً من الضغوط، وغالبًا ما تكون أكثر ملاءمة لـ:

التفاعلات في المحلول
التفاعلات التي تتضمن عددًا قليلاً أو لا غازات
الإعدادات التعليمية حيث تكون قياسات الضغط غير عملية

Ka، Kb، Kw (ثوابت التوازن الحمضي والقاعدي والمائي)

تستخدم هذه الثوابت المتخصصة لـ:

تفاعلات الحمض والقاعدة
حسابات pH
كيمياء المحاليل العازلة

Ksp (ثابت المنتج القابل للذوبان)

يستخدم Ksp بشكل خاص لـ:

توازن الذوبان للأملاح القليلة الذوبان
تفاعلات الترسيب
كيمياء معالجة المياه

التطور التاريخي لمفهوم Kp

تطورت فكرة التوازن الكيميائي وثوابت التوازن بشكل كبير على مر القرون:

الملاحظات المبكرة (القرن الثامن عشر)

بدأت الأسس لفهم التوازن الكيميائي مع الملاحظات حول التفاعلات العكسية. قام كلود لويس بيرثوليه (1748-1822) بإجراء ملاحظات رائدة خلال الحملة المصرية لنابليون، حيث لاحظ أن كربونات الصوديوم تتشكل بشكل طبيعي عند حواف البحيرات المالحة، على عكس الاعتقاد السائد بأن التفاعلات الكيميائية دائمًا ما تتم حتى النهاية.

الصياغة الرياضية (القرن التاسع عشر)

ظهرت المعالجة الرياضية للتوازن الكيميائي في منتصف القرن التاسع عشر:

كاتو مكسيمليان غولدبرغ وبيتر واي (1864-1867): صاغا قانون العمل الكمي، الذي يشكل أساس تعبيرات ثابت التوازن.
ياكوبوس هينريكوس فانت هوف (1884): ميز بين أنواع مختلفة من ثوابت التوازن وطور العلاقة المعتمدة على درجة الحرارة (معادلة فانت هوف).
هنري لويس لو شاتلييه (1888): صاغ مبدأ لو شاتلييه، الذي يتنبأ بكيفية استجابة أنظمة التوازن للاضطرابات.

الأساس الديناميكي الحراري (أوائل القرن العشرين)

تم تعزيز الفهم الحديث لـ Kp بمبادئ الديناميكا الحرارية:

غيلبرت نيوتن لويس (1901-1907): ربط ثوابت التوازن بتغيرات الطاقة الحرة.
يوهانس نيكولاس برونستيد (1923): وسع مفاهيم التوازن لتشمل كيمياء الحمض والقاعدة.
لينوس بولينغ (1930-1940): طبق ميكانيكا الكم لشرح الروابط الكيميائية والتوازن على المستوى الجزيئي.

التطورات الحديثة (القرن العشرين المتأخر إلى الحاضر)

صقلت التطورات الأخيرة فهمنا وتطبيقنا لـ Kp:

الكيمياء الحاسوبية: تسمح الخوارزميات المتقدمة الآن بالتنبؤ الدقيق لثوابت التوازن من المبادئ الأساسية.
الأنظمة غير المثالية: تأخذ التمديدات إلى مفهوم Kp الأساسي في الاعتبار سلوك الغاز غير المثالي باستخدام الفوجاسيتي بدلاً من الضغط.
النمذجة الميكروكينية: تجمع بين ثوابت التوازن مع حركيات التفاعل من أجل هندسة تفاعل شاملة.

الأسئلة الشائعة حول حسابات قيمة Kp

ما الفرق بين Kp و Kc؟

تستخدم Kp الضغوط الجزئية للغازات في تعبيرها، بينما تستخدم Kc التركيزات المولارية. يرتبطان بالمعادلة:

$K_p = K_c \times (RT)^{\Delta n}$

حيث R هو ثابت الغاز، T هي درجة الحرارة بالكلفن، وΔn هو التغير في مولات الغاز من المتفاعلات إلى المنتجات. بالنسبة للتفاعلات التي لا يتغير فيها عدد مولات الغاز (Δn = 0)، فإن Kp يساوي Kc.

كيف تؤثر درجة الحرارة على قيمة Kp؟

تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على قيم Kp. بالنسبة للتفاعلات الطاردة للحرارة (تلك التي تطلق الحرارة)، تنخفض Kp مع زيادة درجة الحرارة. بالنسبة للتفاعلات الماصة للحرارة (تلك التي تمتص الحرارة)، تزداد Kp مع زيادة درجة الحرارة. تصف هذه العلاقة معادلة فانت هوف:

$\ln \left( \frac{K_{p2}}{K_{p1}} \right) = \frac{-\Delta H^{\circ}}{R} \left( \frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1} \right)$

حيث ΔH° هو التغير في الإنثالبي القياسي للتفاعل.

هل يؤثر الضغط على قيمة Kp؟

لا يغير تغيير الضغط الكلي مباشرةً قيمة Kp عند درجة حرارة معينة. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي تغييرات الضغط إلى تحريك موضع التوازن وفقًا لمبدأ لو شاتلييه. بالنسبة للتفاعلات التي يتغير فيها عدد مولات الغاز، سيفضل زيادة الضغط الجانب الذي يحتوي على عدد أقل من مولات الغاز.

هل يمكن أن تكون قيم Kp سالبة؟

لا، لا يمكن أن تكون قيم Kp سالبة. كونه نسبة بين مصطلحات المنتجات والمتفاعلات، فإن ثابت التوازن دائمًا ما يكون رقمًا إيجابيًا. تشير القيم الصغيرة جدًا (القريبة من الصفر) إلى تفاعلات تفضل المتفاعلات بشدة، بينما تشير القيم الكبيرة جدًا إلى تفاعلات تفضل المنتجات بشدة.

كيف أتعامل مع قيم Kp الكبيرة جدًا أو الصغيرة جدًا؟

من الأفضل التعبير عن قيم Kp الكبيرة جدًا أو الصغيرة جدًا باستخدام التدوين العلمي. على سبيل المثال، بدلاً من كتابة Kp = 0.0000025، اكتب Kp = 2.5 × 10⁻⁶. وبالمثل، بدلاً من Kp = 25000000، اكتب Kp = 2.5 × 10⁷. تقوم الآلة الحاسبة لدينا تلقائيًا بتنسيق القيم المتطرفة بالتدوين العلمي للوضوح.

ماذا يعني قيمة Kp تساوي 1 بالضبط؟

تعني قيمة Kp تساوي 1 أن المنتجات والمتفاعلات موجودة في نشاط حراري متساوي عند التوازن. هذا لا يعني بالضرورة تركيزات أو ضغوط متساوية، حيث تؤثر المعاملات الستيوكيومترية على الحساب.

كيف أدرج المواد الصلبة والسوائل في حسابات Kp؟

لا تظهر المواد الصلبة والسوائل النقية في تعبير Kp لأن أنشطتها تُعرف بأنها 1. تساهم فقط الغازات (وأحيانًا المذاب في المحلول) في حساب Kp. على سبيل المثال، في التفاعل CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)، يكون تعبير Kp هو ببساطة Kp = PCO₂.

هل يمكنني استخدام Kp لحساب الضغوط عند التوازن؟

نعم، إذا كنت تعرف قيمة Kp وجميع الضغوط الجزئية ما عدا واحدة، يمكنك حل الضغط المجهول. بالنسبة للتفاعلات المعقدة، قد يتطلب ذلك حل المعادلات متعددة الحدود.

ما مدى دقة حسابات Kp للغازات الحقيقية؟

تفترض حسابات Kp القياسية سلوك الغاز المثالي. بالنسبة للغازات الحقيقية عند الضغوط العالية أو درجات الحرارة المنخفضة، يقدم هذا الافتراض أخطاء. قد تتطلب الحسابات الأكثر دقة استبدال الضغوط بالفوجاسيتي، التي تأخذ في الاعتبار السلوك غير المثالي.

كيف يرتبط Kp بالطاقة الحرة لجيبس؟

يرتبط Kp مباشرة بتغير الطاقة الحرة القياسية (ΔG°) للتفاعل بواسطة المعادلة:

$\Delta G^{\circ} = -RT\ln(K_p)$

تشرح هذه العلاقة لماذا تعتمد Kp على درجة الحرارة وتوفر أساسًا ديناميكيًا حراريًا لتوقع العفوية.

أمثلة برمجية لحساب قيم Kp

Excel

1' دالة Excel لحساب قيمة Kp
2Function CalculateKp(productPressures, productCoefficients, reactantPressures, reactantCoefficients)
3    ' تهيئة البسط والمقام
4    Dim numerator As Double
5    Dim denominator As Double
6    numerator = 1
7    denominator = 1
8    
9    ' حساب الحد المنتج
10    For i = 1 To UBound(productPressures)
11        numerator = numerator * (productPressures(i) ^ productCoefficients(i))
12    Next i
13    
14    ' حساب الحد المتفاعل
15    For i = 1 To UBound(reactantPressures)
16        denominator = denominator * (reactantPressures(i) ^ reactantCoefficients(i))
17    Next i
18    
19    ' إرجاع قيمة Kp
20    CalculateKp = numerator / denominator
21End Function
22
23' مثال على الاستخدام:
24' =CalculateKp({0.8,0.5},{2,1},{0.2,0.1},{3,1})
25

Python

1def calculate_kp(product_pressures, product_coefficients, reactant_pressures, reactant_coefficients):
2    """
3    حساب ثابت التوازن Kp لتفاعل كيميائي.
4    
5    المعلمات:
6    product_pressures (list): الضغوط الجزئية للمنتجات بالأجواء
7    product_coefficients (list): المعاملات الستيوكيومترية للمنتجات
8    reactant_pressures (list): الضغوط الجزئية للمتفاعلات بالأجواء
9    reactant_coefficients (list): المعاملات الستيوكيومترية للمتفاعلات
10    
11    الإرجاع:
12    float: قيمة Kp المحسوبة
13    """
14    if len(product_pressures) != len(product_coefficients) or len(reactant_pressures) != len(reactant_coefficients):
15        raise ValueError("يجب أن تحتوي قوائم الضغوط والمعاملات على نفس الطول")
16    
17    # حساب البسط (المنتجات)
18    numerator = 1.0
19    for pressure, coefficient in zip(product_pressures, product_coefficients):
20        if pressure <= 0:
21            raise ValueError("يجب أن تكون الضغوط الجزئية إيجابية")
22        numerator *= pressure ** coefficient
23    
24    # حساب المقام (المتفاعلات)
25    denominator = 1.0
26    for pressure, coefficient in zip(reactant_pressures, reactant_coefficients):
27        if pressure <= 0:
28            raise ValueError("يجب أن تكون الضغوط الجزئية إيجابية")
29        denominator *= pressure ** coefficient
30    
31    # إرجاع قيمة Kp
32    return numerator / denominator
33
34# مثال على الاستخدام:
35# N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
36product_pressures = [0.8]  # NH₃
37product_coefficients = [2]
38reactant_pressures = [0.5, 0.2]  # N₂، H₂
39reactant_coefficients = [1, 3]
40
41kp = calculate_kp(product_pressures, product_coefficients, reactant_pressures, reactant_coefficients)
42print(f"قيمة Kp: {kp}")
43

JavaScript

1/**
2 * حساب ثابت التوازن Kp لتفاعل كيميائي
3 * @param {Array<number>} productPressures - الضغوط الجزئية للمنتجات بالأجواء
4 * @param {Array<number>} productCoefficients - المعاملات الستيوكيومترية للمنتجات
5 * @param {Array<number>} reactantPressures - الضغوط الجزئية للمتفاعلات بالأجواء
6 * @param {Array<number>} reactantCoefficients - المعاملات الستيوكيومترية للمتفاعلات
7 * @returns {number} قيمة Kp المحسوبة
8 */
9function calculateKp(productPressures, productCoefficients, reactantPressures, reactantCoefficients) {
10    // تحقق من صحة مصفوفات الإدخال
11    if (productPressures.length !== productCoefficients.length || 
12        reactantPressures.length !== reactantCoefficients.length) {
13        throw new Error("يجب أن تحتوي مصفوفات الضغط والمعاملات على نفس الطول");
14    }
15    
16    // حساب البسط (المنتجات)
17    let numerator = 1;
18    for (let i = 0; i < productPressures.length; i++) {
19        if (productPressures[i] <= 0) {
20            throw new Error("يجب أن تكون الضغوط الجزئية إيجابية");
21        }
22        numerator *= Math.pow(productPressures[i], productCoefficients[i]);
23    }
24    
25    // حساب المقام (المتفاعلات)
26    let denominator = 1;
27    for (let i = 0; i < reactantPressures.length; i++) {
28        if (reactantPressures[i] <= 0) {
29            throw new Error("يجب أن تكون الضغوط الجزئية إيجابية");
30        }
31        denominator *= Math.pow(reactantPressures[i], reactantCoefficients[i]);
32    }
33    
34    // إرجاع قيمة Kp
35    return numerator / denominator;
36}
37
38// مثال على الاستخدام:
39// N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
40const productPressures = [0.8]; // NH₃
41const productCoefficients = [2];
42const reactantPressures = [0.5, 0.2]; // N₂، H₂
43const reactantCoefficients = [1, 3];
44
45const kp = calculateKp(productPressures, productCoefficients, reactantPressures, reactantCoefficients);
46console.log(`قيمة Kp: ${kp}`);
47

Java

1import java.util.Arrays;
2
3public class KpCalculator {
4    /**
5     * حساب ثابت التوازن Kp لتفاعل كيميائي
6     * @param productPressures الضغوط الجزئية للمنتجات بالأجواء
7     * @param productCoefficients المعاملات الستيوكيومترية للمنتجات
8     * @param reactantPressures الضغوط الجزئية للمتفاعلات بالأجواء
9     * @param reactantCoefficients المعاملات الستيوكيومترية للمتفاعلات
10     * @return قيمة Kp المحسوبة
11     */
12    public static double calculateKp(double[] productPressures, int[] productCoefficients,
13                                    double[] reactantPressures, int[] reactantCoefficients) {
14        // تحقق من صحة مصفوفات الإدخال
15        if (productPressures.length != productCoefficients.length ||
16            reactantPressures.length != reactantCoefficients.length) {
17            throw new IllegalArgumentException("يجب أن تحتوي مصفوفات الضغط والمعاملات على نفس الطول");
18        }
19        
20        // حساب البسط (المنتجات)
21        double numerator = 1.0;
22        for (int i = 0; i < productPressures.length; i++) {
23            if (productPressures[i] <= 0) {
24                throw new IllegalArgumentException("يجب أن تكون الضغوط الجزئية إيجابية");
25            }
26            numerator *= Math.pow(productPressures[i], productCoefficients[i]);
27        }
28        
29        // حساب المقام (المتفاعلات)
30        double denominator = 1.0;
31        for (int i = 0; i < reactantPressures.length; i++) {
32            if (reactantPressures[i] <= 0) {
33                throw new IllegalArgumentException("يجب أن تكون الضغوط الجزئية إيجابية");
34            }
35            denominator *= Math.pow(reactantPressures[i], reactantCoefficients[i]);
36        }
37        
38        // إرجاع قيمة Kp
39        return numerator / denominator;
40    }
41    
42    public static void main(String[] args) {
43        // مثال: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
44        double[] productPressures = {0.8}; // NH₃
45        int[] productCoefficients = {2};
46        double[] reactantPressures = {0.5, 0.2}; // N₂، H₂
47        int[] reactantCoefficients = {1, 3};
48        
49        double kp = calculateKp(productPressures, productCoefficients, reactantPressures, reactantCoefficients);
50        System.out.printf("قيمة Kp: %.4f%n", kp);
51    }
52}
53

R

1calculate_kp <- function(product_pressures, product_coefficients, 
2                         reactant_pressures, reactant_coefficients) {
3  # تحقق من صحة المتجهات
4  if (length(product_pressures) != length(product_coefficients) || 
5      length(reactant_pressures) != length(reactant_coefficients)) {
6    stop("يجب أن تحتوي متجهات الضغط والمعاملات على نفس الطول")
7  }
8  
9  # تحقق من الضغوط الإيجابية
10  if (any(product_pressures <= 0) || any(reactant_pressures <= 0)) {
11    stop("يجب أن تكون جميع الضغوط الجزئية إيجابية")
12  }
13  
14  # حساب البسط (المنتجات)
15  numerator <- prod(product_pressures ^ product_coefficients)
16  
17  # حساب المقام (المتفاعلات)
18  denominator <- prod(reactant_pressures ^ reactant_coefficients)
19  
20  # إرجاع قيمة Kp
21  return(numerator / denominator)
22}
23
24# مثال على الاستخدام:
25# N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
26product_pressures <- c(0.8)  # NH₃
27product_coefficients <- c(2)
28reactant_pressures <- c(0.5, 0.2)  # N₂، H₂
29reactant_coefficients <- c(1, 3)
30
31kp <- calculate_kp(product_pressures, product_coefficients, 
32                  reactant_pressures, reactant_coefficients)
33cat(sprintf("قيمة Kp: %.4f\n", kp))
34

أمثلة عددية لحساب قيم Kp

إليك بعض الأمثلة العملية لتوضيح حسابات Kp لأنواع مختلفة من التفاعلات:

المثال 1: تخليق الأمونيا

بالنسبة للتفاعل: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

المعطيات:

P(N₂) = 0.5 atm
P(H₂) = 0.2 atm
P(NH₃) = 0.8 atm

$K_p = \frac{(P_{NH_3})^2}{(P_{N_2})^1 \times (P_{H_2})^3} = \frac{(0.8)^2}{(0.5)^1 \times (0.2)^3} = \frac{0.64}{0.5 \times 0.008} = \frac{0.64}{0.004} = 160$

تشير قيمة Kp البالغة 160 إلى أن هذا التفاعل يفضل تكوين المنتجات بشدة في الظروف المعطاة.

المثال 2: تفاعل تحويل الغاز المائي

بالنسبة للتفاعل: CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g)

المعطيات:

P(CO) = 0.1 atm
P(H₂O) = 0.2 atm
P(CO₂) = 0.4 atm
P(H₂) = 0.3 atm

$K_p = \frac{P_{CO_2} \times P_{H_2}}{P_{CO} \times P_{H_2O}} = \frac{0.4 \times 0.3}{0.1 \times 0.2} = \frac{0.12}{0.02} = 6$

تشير قيمة Kp البالغة 6 إلى أن التفاعل يفضل تكوين المنتجات بشكل معتدل في الظروف المعطاة.

المثال 3: تحلل كربونات الكالسيوم

بالنسبة للتفاعل: CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)

المعطيات:

P(CO₂) = 0.05 atm
CaCO₃ و CaO هما مواد صلبة ولا تظهران في تعبير Kp

$K_p = P_{CO_2} = 0.05$

تساوي قيمة Kp الضغط الجزئي لـ CO₂ عند التوازن.

المثال 4: ديمرية ثاني أكسيد النيتروجين

بالنسبة للتفاعل: 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g)

المعطيات:

P(NO₂) = 0.25 atm
P(N₂O₄) = 0.15 atm

$K_p = \frac{P_{N_2O_4}}{(P_{NO_2})^2} = \frac{0.15}{(0.25)^2} = \frac{0.15}{0.0625} = 2.4$

تشير قيمة Kp البالغة 2.4 إلى أن التفاعل يفضل تكوين الديمر بشكل معتدل في الظروف المعطاة.

المراجع

أتكينز، ب. ودي باولا، ج. (2014). الكيمياء الفيزيائية لأتكينز (الطبعة العاشرة). مطبعة أكسفورد.
تشانغ، ر. وغولدسبي، ك. أ. (2015). الكيمياء (الطبعة الثانية عشرة). ماكغرو هيل.
سيلبرغ، م. س. وأماتيس، ب. (2018). الكيمياء: الطبيعة الجزيئية للمادة والتغيير (الطبعة الثامنة). ماكغرو هيل.
زومدال، س. س. وزومدال، س. أ. (2016). الكيمياء (الطبعة العاشرة). سينغاج للتعلم.
ليفين، إ. ن. (2008). الكيمياء الفيزيائية (الطبعة السادسة). ماكغرو هيل.
سميث، ج. م. وفان نيس، هـ. ج. وأبوت، م. م. (2017). مقدمة في الديناميكا الحرارية الهندسية الكيميائية (الطبعة الثامنة). ماكغرو هيل.
IUPAC. (2014). مجموعة مصطلحات الكيمياء (المعروفة باسم "كتاب الذهب"). منشورات بلاكويل العلمية.
لايدلر، ك. ج. وميزر، ج. هـ. (1982). الكيمياء الفيزيائية. مطبعة بنجامين/كامنج.
ساندر، س. إ. (2017). الديناميكا الحرارية الكيميائية والبيوكيميائية والهندسية (الطبعة الخامسة). جون وايلي وأولاده.
مككوارري، د. أ. وسيمون، ج. د. (1997). الكيمياء الفيزيائية: نهج جزيئي. مطبعة العلوم الجامعية.

جرب حاسبة قيمة Kp اليوم!

توفر حاسبة قيمة Kp لدينا وسيلة سريعة ودقيقة لتحديد ثوابت التوازن للتفاعلات في طور الغاز. سواء كنت تدرس لاختبار كيميائي، أو تجري بحثًا، أو تحل مشاكل صناعية، تبسط هذه الأداة الحسابات المعقدة وتساعدك على فهم التوازن الكيميائي بشكل أفضل.

ابدأ باستخدام الآلة الحاسبة الآن لتتمكن من:

حساب قيم Kp لأي تفاعل غازي
توقع اتجاه التفاعل وعائد المنتج
فهم العلاقة بين المتفاعلات والمنتجات عند التوازن
توفير الوقت في الحسابات اليدوية

للحصول على المزيد من أدوات الكيمياء والآلات الحاسبة، استكشف مواردنا الأخرى حول الحركيات الكيميائية، والديناميكا الحرارية، وهندسة التفاعل.

حاسبة قيمة Kp لتفاعلات التوازن الكيميائي

حاسبة قيمة Kp

المعادلة الكيميائية

المتفاعلات

مُتفاعل 1

المنتجات

منتج 1

صيغة Kp

calculationSteps

النتيجة

ما هو Kp؟

التوثيق

حاسبة قيمة Kp للتوازن الكيميائي

مقدمة عن قيمة Kp في الكيمياء

شرح صيغة Kp

اعتبارات مهمة لحسابات Kp

الحالات الحدية والقيود

كيفية استخدام حاسبة قيمة Kp

الخطوة 1: إدخال معلومات المتفاعلات

الخطوة 2: إدخال معلومات المنتجات

الخطوة 3: عرض النتائج

مثال حسابي

تطبيقات وحالات استخدام قيمة Kp

1. توقع اتجاه التفاعل

2. تحسين العمليات الصناعية

3. الكيمياء البيئية

4. البحث الصيدلاني

5. البحث الأكاديمي والتعليم

بدائل لـ Kp

Kc (ثابت التوازن القائم على التركيز)

Ka، Kb، Kw (ثوابت التوازن الحمضي والقاعدي والمائي)

Ksp (ثابت المنتج القابل للذوبان)

التطور التاريخي لمفهوم Kp

الملاحظات المبكرة (القرن الثامن عشر)

الصياغة الرياضية (القرن التاسع عشر)

الأساس الديناميكي الحراري (أوائل القرن العشرين)

التطورات الحديثة (القرن العشرين المتأخر إلى الحاضر)

الأسئلة الشائعة حول حسابات قيمة Kp

ما الفرق بين Kp و Kc؟

كيف تؤثر درجة الحرارة على قيمة Kp؟

هل يؤثر الضغط على قيمة Kp؟

هل يمكن أن تكون قيم Kp سالبة؟

كيف أتعامل مع قيم Kp الكبيرة جدًا أو الصغيرة جدًا؟

ماذا يعني قيمة Kp تساوي 1 بالضبط؟

كيف أدرج المواد الصلبة والسوائل في حسابات Kp؟

هل يمكنني استخدام Kp لحساب الضغوط عند التوازن؟

ما مدى دقة حسابات Kp للغازات الحقيقية؟

كيف يرتبط Kp بالطاقة الحرة لجيبس؟

أمثلة برمجية لحساب قيم Kp

Excel

Python

JavaScript

Java

R

أمثلة عددية لحساب قيم Kp

المثال 1: تخليق الأمونيا

المثال 2: تفاعل تحويل الغاز المائي

المثال 3: تحلل كربونات الكالسيوم

المثال 4: ديمرية ثاني أكسيد النيتروجين

المراجع

جرب حاسبة قيمة Kp اليوم!

الأدوات ذات الصلة

حاسبة ثابت التوازن للتفاعلات الكيميائية

حاسبة قيمة pH: تحويل تركيز أيون الهيدروجين إلى pH

حاسبة قيمة pKa: ابحث عن ثوابت تفكك الأحماض

حاسبة قيمة الرقم الهيدروجيني: تحويل تركيز أيون الهيدروجين إلى الرقم الهيدروجيني

حاسبة النورمالية لمحلولات الكيمياء

حاسبة العائد المئوي للتفاعلات الكيميائية

حاسبة pH لمحلول العازل هيندرسون-هاسيلبالخ

حاسبة المولات: تحويل بين المولات والكتلة في الكيمياء

حاسبة حاصل التفاعل لتحليل التوازن

حاسبة رتبة الرابطة الكيميائية لتحليل البنية الجزيئية