بخشی از مقاله
چکیده:
تعادل شیمیایی برای آشنایی دانشآموزان با سایر مفاهیم شیمی از جمله هیدرولیز، عملکرد اسیدها و بازها، واکنشهای اکسایش-کاهش و محلولها خیلی ضروری است و تسلط بر مفهوم تعادل شیمیایی، تسلط بر سایر مفاهیم شیمی را تسهیل میکند.پیدایش نظریههای حاکم بر تعادل شیمیایی به سال 1860 میلادی و فعالیتهای وانت هوف، گیبس، لوشاتلیه و دیگران در زمینه واکنشهای ناکامل و برگشت پذیر بر می گردد. در این مقاله به مباحثی از جمله:دیدگاههای سینتیکی در تعادلهای شیمیایی، دیدگاه های ترمودینامیکی در تعادلهای شیمیایی، اصل محوری در پیش بینی وضعیت تعادلهای شیمیایی، تعریفهای ساده شده اصل لوشاتلیه، اهداف دنبال شده در آموزش تعادل شیمیایی در مدارس، مشکلات یاددهی- یادگیری تعادلهای شیمیایی، مشکلات یاددهی- یادگیری تعادل های شیمیایی، بررسی کجفهمی های رایج درتعادلهای شیمیایی، راهبردهای تدریس تعادل شیمیایی در سطح مولکولی اشاره شده است.
کلید واژه: تعادلهای شیمیایی، یاددهی- یادگیری، سینتیکی، ترمودینامیکی
مقدمه
بررسیها نشان داده است که بخش اعظم دبیران شیمی، تدریس تعادل شیمیایی را مشکل دانستهاند. بحث تعادل شیمیایی کهآمیختهای از مباحث سینتیکی، ترمودینامیکی و ریاضی است، از مباحث انتزاعی شیمی فیزیک محسوب میشود که مشکلاتی را در فرایند یاددهی- یادگیری آن در سه بعد تفکر ماکروسکوپی، مولکولی و نمادی ایجاد کرده است.دیدگاههای سینتیکی در تعادلهای شیمیایی از دیدگاه سینتیکی، برای مثال در تجزیه آمونیم کلرید به آمونیاک و هیدروژن کلرید، اجزای واکنش از یک انرژی جنبشی نسبیبرخوردار هستند و در دما و فشار ثابت، بر اثر برخوردهای موجود بین مولکولها، هم فرایند تشکیل پیوند و هم شکستن پیوند به طور هم زمان انجام میگیرد و شرط برقراری تعادل، برابر بودن تعداد پیوندهای تشکیل شده و شکسته شده است. همچنین دو واکنش رفت و برگشت با سرعتهای یکسانی پیش میروند.
دیدگاههای ترمودینامیکی در تعادلهای شیمیایی از دیدگاه ترمودینامیکی، شرایط حاکم بر تعادل از قانون دوم ترمودینامیک پیروی میکند. یعنی در حالت تعادل، آنتروپیسیستم به حداکثر مقدار خود رسیده و انرژی آزاد گیبس نیز به حداقل مقدار خود - صفر - میرسد.برای بررسی تغییرات دما و تاثیر آن بر وضعیت تعادل، از قوانین ترمودینامیک و متغیرهایی نظیر آنتالپی، آنتروپی و انرژی آزاد گیبس استفاده میشود.اصل محوری در پیشبینی وضعیت تعادلهای شیمیایی در بررسی تغیرات غلظت و جرم فعال و حجم مواد شرکت کننده در واکنش تعادلی از دیدگاههای سینتیکی و در بررسی تاثیر
دما، ثابت تعادل و میزان پیشرفت واکنش از دیدگاه های ترمودینامیکی استفاده میشود.
آنچه که در بحث تعادل در سال چهارم متوسطه بیش از هر موضوعی شناخته شده است، اصل لوشاتلیه است که به صورت فرمت ساده شدهای برای پیشبینی تغییرات یک واکنش تعادلی استفاده میشود. اصل لوشاتلیه در شرایط استاندارد و برای گازهای با فشار کم و محلولهای بسیار رقیق صادق است.تعریفهای مختلف اصل لوشاتلیه تعریف معمول اصل لوشاتلیه: اگر بر یک سیستم در حال تعادل تغییری تحمیل شود، تعادل در جهتی جابجا می شود که تغییرتحمیل شده را تعدیل نماید.تعریف ترمودینامیکی اصل لوشاتلیه: هنگام تحمیل تغییری بر یک سیستم تعادلی، تعادل در جهتی جابجا میشود که آنتروپی آن بیشتر است و در سمت دیگر به طرفی پیش میرود که آنتالپی آن کم است و این دو اثر یکدیگر را خنثی کرده و به برقراری مجدد تعادل کمک میکنند.
تعریفهای ساده شده اصل لوشاتلیه افزایش غلظت یکی از مواد شرکت کننده در تعادل، منجر به کاهش متعاقب غلظت - یا فشار جزئی - آن ماده میشود و برعکس - فقط در سیستم های همگن جواب میدهد - .اگر حجم سیستم تعادلی افزایش یابد، واکنش منجر به افزایش تعداد مولهای طرفی از تعادل میشود که تعداد مولهای بیشتری دارد و برعکس - این تلقی را دارد که در سیستمهای با تعداد مولهای برابر، تغییری صورت نمیگیرد - . کاهش دمای سیستم تعادلی، به نفع واکنش گرماده است و افزایش دما به نفع واکنش گرماگیر است.اهداف دنبال شده در آموزش تعادل شیمیایی در مدارس واکنشهای کامل و برگشتپذیر را تشخیص دهد و برای هر کدام مثالی بزند؛ جهت یک واکنش تعادلی را پس از اعمال تغییریدر یکی از اجزای سیستم تعادلی به کمک اصل لوشاتلیه معین کند.
با کاربردهای عملی اصل لوشاتلیه و پیشبینی جهت جابجایی واکنش و محاسبات مربوط به تغییر غلظت آشنا شود. رابطه ثابت تعادل را برای هر واکنش تعادلی بنویسد؛ با استفاده از ثابت تعادل غلظت واکنش دهندهها و فراوردهها را محاسبه کند. با برخی از کاربردهای عملی ثابت تعادل و اثر کاتالیزگر در یک واکنش تعادلی آشنا شود.مشکلات یاددهی- یادگیری تعادلهای شیمیایی در محاسبات مربوط به تغییرات غلظت اجزای تعادل، دانشآموزان در کاربرد مول و غلظت - مول بر لیتر - دچار سر درگمی می شوند. زمانی که از حجم استفاده می کنند با نااطمینانی آنرا بیان میکنند و در غلظت واکنش دهنده و محصول از نسبتهای مولی استفاده میکنند و حتی زمانی که مقدار مولی یکی از آنها زیاد است مقدار مولار آنها را مساوی فرض میکنند.
مشکلات یاددهی- یادگیری تعادلهای شیمیایی دانشآموزان با تولید فلزات و ناپدید شدن در یک سیستم تعادلی، دچار توهم و تصور غلط میشوند و فرض می کنند که غلظتمواد به هنگام تعادل دچار نوسان میشود و غلظت آنها تغییر میکند. در یک واکنش برگشت پذیر که در حال تکمیل شدن است، قبل از اینکه واکنش برگشت شروع شود واکنش رفت باید کامل شود و افزودن واکنش دهنده دیگر تنها غلظت محصول را تغییر میدهد. بررسی کجفهمیهای رایج درتعادلهای شیمیایی
·نمی توان مقدار یک ماده جامد را در یک واکنش تعادلی تغییر داد.
·غلظت تمام مواد شرکت کننده در یک واکنش، در حالت تعادل برابر و یکسان است.
·مقادیر بزرک ثابت تعادل نشان میدهد که واکنش بسیار سریع انجام شده است - دانش آموزان بین سرعت یک واکنش و گسترش واکنش تعادلی تمایز قائل نیستند - .
·افزایش دمای یک واکنش گرماده، سرعت واکنش رفت را کاهش می دهد.
·برای پیش بینی ثابت تعادل میتوان از اصل لوشاتلیه استفاده کرد.
