واکنش های برگشت پذیر و برگشت ناپذیر، واکنش های شیمیایی هستند که دسته ی زیادی از واکنش های پیرامون ما به آن ها مرتبط است. بسیاری از این واکنش ها مسئول حوادث روزمره ای مانند تجزیه ی آمونیاک هستند.

مقدمه:

تا سال 1803 مردم تصور می کردند که تمامی واکنش ها برگشت ناپذیر و یک طرفه است تا این که شیمیدان فرانسوی، Berthollet مفهوم واکنش های برگشت پذیر را مطرح کرد. در ابتدا او می دانست که کربنات سدیم و کلرید کلسیم با هم واکنش می دهند تا کربنات کلسیم و کلرید سدیم حاصل کنند؛ اما بعد از این که مشاهده کرد کربنات سدیم در اطراف دیواره های دریاچه ی نمک تشکیل می شود، فهمید که مقدار زیادی نمک در آب در حال تبخیر با کربنات کلسیم واکنش نشان می دهد تا کربنات سدیم تشکیل دهد و این به معنای آن است که بازگشت در واکنش اتفاق افتاده است.

واکنش های شیمیایی توسط معادلات شیمیایی نشان داده می شوند. این معادلات شیمیایی به طور نمونه با فلش یک طرفه ی (  ) نشان داده می شوند و این فلش به معنای واکنش های برگشت ناپذیر نیز هست.

دیگر واکنش های شیمیایی ممکن است دارای فلش دوسر (  )  باشند که نماد واکنش های دوطرفه یا برگشت پذیر است.

واکنش های برگشت ناپذیر:

ما از کودکی آموخته ایم که واکنش های شیمیایی زمانی اتفاق می افتند که واکنش دهنده ها با همدیگر واکنش می دهند تا محصولات را تولید کنند. این واکنش های یک طرفه را واکنش های برگشت ناپذیر می نامیم. به بیان دیگر، واکنش های برگشت ناپذیر، واکنش هایی هستند که در آن ها واکنش دهنده ها به محصولات تبدیل می شوند و محصولات نمی توانند به واکنش دهنده ها تبدیل شوند. این واکنش ها در اصل مانند فرایند پختن کیک هستند!

ترکیبات در نقش واکنش دهنده ها ظاهر شده و با هم مخلوط می شوند و پخته می شوند تا کیک تولید شود! و این کیک مانند محصول رفتار می کند. این کیک نمی تواند به واکنش دهنده های خود یعنی (تخم مرغ، آرد و ...) تبدیل شود. بنابراین تنها محصولات در واکنش برگشت ناپذیر به واکنش دهنده ها تبدیل نمی شوند.

همان گونه که در بالا ذکر شد، یک کیک نمی تواند بدون پخته شدن به وجود آید و بنابراین واکنش آن برگشت پذیر نیست.

یک مثال واقعی تر از واکنش برگشت ناپذیر، احتراق یا سوختن است. احتراق معمولاً شامل سوختن یک ترکیب آلی مانند هیدروکربن و اکسیژن است تا دی اکسید کربن و آب تولید کند. از آن جایی که آب در حالت چند اتمی خود پایدار است؛ همان گونه که در زیر می بینیم، با محصول دیگر (CO₂) واکنش نخواهد داد تا واکنش دهنده ها را تشکیل دهد. احتراق می تواند به صورت زیر باشد:

واکنش های برگشت پذیر:

در واکنش های برگشت پذیر، واکنش دهنده ها و محصولات هرگز تمام نمی شوند!

در واقع هر دوی آن ها (واکنش دهنده ها و محصولات) بدون تغییر واکنش می دهند و تولید می شوند. یک واکنش برگشت پذیر می تواند به صورت زیر خلاصه شود:

واکنش برگشت پذیر می تواند به دو واکنش شکسته شود:

این دو واکنش به طور همزمان اتفاق می افتند که به معنای این است که واکنش دهنده ها واکنش می دهند تا محصولات را تولید کنند؛ به  همین ترتیب، محصولات با هم واکنش می دهند تا واکنش دهنده ها را تولید کنند. برخوردهای مولکول های در حال واکنش، موجب واکنش های شیمیایی در یک سیستم بسته (محصور) می شود. بعد از این که محصولات تشکیل شدند، پیوندها بین این محصولات شکسته می شود زیرا مولکول ها با همدیگر واکنش می دهند و انرژی کافی و لازم برای شکستن پیوندهای مولکول های محصولات و واکنش دهنده ها فراهم می شود.

در زیر، مثالی از شکل مختصر واکنش برگشت پذیر و تجزیه ی فرایند برگشت پذیر  را مشاهده می کنیم.

واکنش 1 و واکنش 2 در یک زمان اتفاق می افتند زیرا هر دو در یک سیستم بسته هستند.

آبی : نیتروژن     قرمز: اکسیژن

یک میز شامل 10 توپ قرمز و 10 توپ آبی را به عنوان واکنش دهنده های این واکنش در نظر بگیرید. هر توپ قرمز و آبی می توانند به هم برخورد کنند. تصور می کنیم برخورد هر توپ قرمز به آبی، باعث ایجاد گل شود. 5 جفت توپ قرمز و 5 جفت توپ آبی را در دو ردیف متفاوت بر روی میز به سمت همدیگر هل می دهیم. هر کدام از جفت های توپ های قرمز و آبی از هم جدا می شوند و به سمت ردیف مقابل می روند و دوباره واکنش دهنده ها را تشکیل می دهند. این فرایند بارها و بارها اتفاق می افتد؛ نه توپ ها تمام می شوند و نه واکنش دهنده ها. این حالتی از فرایند برگشت پذیر است.

برخلاف واکنش های برگشت ناپذیر، واکنش های برگشت پذیر منجر به تعادل می شوند؛ زیرا واکنش های برگشت پذیر، دارای جریان واکنشی در هر دو جهت هستند در حالی که واکنش های برگشت ناپذیر، فقط در یک جهت واکنش پیش می روند. برای فهم بیش تر این مطلب، مبحث مربوط به تعادل شیمیایی را ببینید.

اگر محصولات در همان آهنگی تولید شده باشند که واکنش دهنده ها تولید شده اند، تعادل دینامیکی به وجود می آید. به عنوان مثال، اگر آهنگ پر شدن مخزن آب با آهنگ خالی شدن مخزن از آب برابر باشد( از یک سوراخ فرضی )، به نظر می رسد مقدار آب باقیمانده در مخزن، بدون تغییر باقی می ماند.

خود آزمایی

کدام عبارت اشتباه است؟

(الف) احتراق یک تغییر شیمیایی است که مثالی از واکنش برگشت ناپذیر است زیرا که این فرایند نمی تواند ناتمام باقی بماند.

(ب) واکنش برگشت پذیر نیست زیرا با فلش یک طرفه نشان داده شده است.

(ج) دلیل این که واکنش برگشت ناپذیر نمی تواند به تعادل منجر شود، آن است که این واکنش ها تنها در یک جهت پیشرفت کرده و انجام می شوند؛ بنابراین واکنش هیچ وقت نمی تواند در تعادل باشد.

(د) واکنش برگشت ناپذیر زمانی اتفاق می افتد که مولکول های واکنش دهنده در یک محیط بسته و محدود قرار می گیرند و به هم برخورد می کنند و انرژی تولید شده می تواند باعث تولید محصولات و همچنین تولید واکنش دهنده ها شود.