Równowaga dynamiczna jest ważnym pojęciem w chemii. Ale czym dokładnie jest równowaga dynamiczna? Jak coś może być dynamiczne, ale jednocześnie znajdować się w równowadze? Czytaj dalej, aby poznać najlepszą definicję równowagi dynamicznej, typowe przykłady równowagi dynamicznej oraz to, jak równowaga dynamiczna i statyczna mogą wyglądać tak samo, ale w rzeczywistości są bardzo różne.

Co to jest równowaga dynamiczna?

Reakcje chemiczne mogą przebiegać w obu kierunkach (do przodu i do tyłu) lub tylko w jednym kierunku. Te, które przebiegają w dwóch kierunkach, nazywane są reakcjami odwracalnymi, i można je rozpoznać po strzałkach biegnących w dwóch kierunkach, jak w przykładzie poniżej.

H2O(l) ⇌H⁺(wodny) + OH^-(wodny)

Równowaga dynamiczna występuje tylko w reakcjach odwracalnych i ma to miejsce wtedy, gdy szybkość reakcji w przód jest równa szybkości reakcji odwrotnej. Równania te są dynamiczne, ponieważ reakcje w przód i w tył nadal zachodzą, ale obie szybkości są równe i niezmienne, więc również znajdują się w równowadze.

Równowaga dynamiczna jest przykładem układu w stanie ustalonym. Oznacza to, że zmienne w równaniu nie zmieniają się w czasie (ponieważ szybkości reakcji są równe). Jeśli spojrzysz na reakcję w równowadze dynamicznej, będzie wyglądać, jakby nic się nie działo, ponieważ stężenia każdej substancji pozostają stałe. Jednakże reakcje zachodzą w sposób ciągły.

Równowaga dynamiczna występuje jednak nie tylko w laboratoriach chemicznych; za każdym razem, gdy piłeś napój gazowany, byłeś świadkiem przykładu równowagi dynamicznej. W szczelnie zamkniętej butelce sody dwutlenek węgla występuje zarówno w fazie ciekłej/wodnej, jak i fazie gazowej (pęcherzyki). Obie fazy dwutlenku węgla znajdują się w dynamicznej równowadze wewnątrz zamkniętej butelki po napojach, ponieważ gazowy dwutlenek węgla rozpuszcza się w postać ciekłą z taką samą szybkością, jak ciekła postać dwutlenku węgla jest przekształcana z powrotem do postaci gazowej.

Równanie wygląda następująco: CO₂(g) ⇌ CO₂(wodny).

Zmiana temperatury, ciśnienia lub stężenia reakcji może przesunąć równowagę równania i wytrącić ją z równowagi dynamicznej. Dlatego też, jeśli otworzysz puszkę napoju gazowanego i zostawisz ją na dłuższy czas, w końcu stanie się ona „płaska” i nie będzie już więcej bąbelków. Dzieje się tak dlatego, że puszka po napojach nie jest już systemem zamkniętym, a dwutlenek węgla może wchodzić w interakcję z atmosferą. To wytrąca go z równowagi dynamicznej i uwalnia gazową postać dwutlenku węgla, aż do momentu, gdy nie będzie już więcej pęcherzyków.

Przykłady równowagi dynamicznej

Każda reakcja będzie w równowadze dynamicznej, jeśli jest odwracalna, a szybkości reakcji do przodu i do tyłu są równe. Załóżmy na przykład, że przygotowujesz roztwór nasycony wodnym roztworem NaCl. Jeśli następnie dodasz stałe kryształy NaCl, NaCl będzie jednocześnie rozpuszczał się i rekrystalizował w roztworze. Reakcja, NaCl(s) ⇌ Na⁺(wodny) + Cl^-(aq), będzie w równowadze dynamicznej, gdy szybkość rozpuszczania NaCl będzie równa szybkości rekrystalizacji.

string.compareto C#

Innym przykładem równowagi dynamicznej jestNIE₂(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + CO₂(g) (ponownie, o ile obie stawki są równe). Dwutlenek azotu (NIE₂) reaguje z tlenkiem węgla (CO), tworząc tlenek azotu (NO) i dwutlenek węgla (CO₂), a w reakcji odwrotnej tlenek azotu i dwutlenek węgla reagują, tworząc dwutlenek azotu i tlenek węgla.

Jeśli obserwujesz reakcję, możesz stwierdzić, że nie jest ona w równowadze dynamicznej, jeśli widzisz zmiany zachodzące w ilościach reagentów lub produktów. (Jeśli nie widzisz żadnych zmian, nie gwarantuje to równowagi dynamicznej, ponieważ może to być równowaga statyczna lub zmiany mogą być zbyt małe, aby można je było dostrzec gołym okiem.)

Przykład równania, które nigdy nie mogłoby osiągnąć równowagi dynamicznej, to: 4 Fe(s) + 6 H₂O(l) +3O₂ (g) → 4 Fe(OH)³(S). Jest to równanie powstawania rdzy. Widzimy, że nigdy nie będzie w równowadze dynamicznej, ponieważ strzałka reakcji biegnie tylko w jedną stronę (dlatego zardzewiały samochód sam nie będzie już lśnił).

W tym samochodzie nie ma równowagi dynamicznej!

Równowaga dynamiczna a równowaga statyczna

Jeśli zaobserwujesz reakcje w równowadze dynamicznej i reakcje w równowadze statycznej, w żadnej z nich nie zajdą widoczne zmiany i będzie wyglądać, jakby nic się nie działo. Jednakże reakcje w równowadze statycznej są w rzeczywistości bardzo różne od reakcji w równowadze dynamicznej.

Równowaga statyczna (znana również jako równowaga mechaniczna) ma miejsce wtedy, gdy reakcja się zatrzymała i nie ma żadnego ruchu pomiędzy reagentami i produktami. Reakcja jest zakończona, a szybkości reakcji w przód i w tył wynoszą 0.

Podczas gdy reakcje w równowadze dynamicznej są odwracalne (mogą przebiegać w dowolnym kierunku), reakcje w równowadze statycznej są nieodwracalne i mogą przebiegać tylko w jednym kierunku. Jednakże zarówno równowaga dynamiczna, jak i równowaga statyczna są przykładami układów w stanie ustalonym, w którym wypadkowa siła działająca na układy wynosi zero.

Poniżej znajduje się wykres pokazujący kluczowe różnice między równowagą dynamiczną i statyczną.

Jak równowaga dynamiczna odnosi się do stałych szybkości?

Kiedy reakcja znajduje się w równowadze dynamicznej, reakcja będzie miała określoną stałą szybkości, zwaną stałą równowagi lubK_równ.

Stała równowagi lub stała szybkości to współczynnik pokazujący iloraz reakcji (lub względne ilości produktów i reagentów w reakcji w danym momencie), gdy reakcja jest w równowadze. Wartość stałej równowagi powie ci względną ilość produktu i reagenta w równowadze.

Jeśli K_równwynosi > 1000, w równowadze będzie głównie produkt.

Jeśli K_równwynosi od 0,001 do 1000, w równowadze będzie znaczna ilość zarówno produktu, jak i reagenta.

Jeśli K_równJest<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.

Za reakcję A + B B⇌ C C+ D D, A i B reprezentują reagenty, a C i D oznaczają produkty.

Równanie stałej równowagi ma postać K_równ=[C]^C[D]^D/[A]^A[B]^B.

Przykład

Weź reakcję N₂(g)+O₂(g)⇋2NO(g).

Korzystając ze wzoru na stałą równowagi, K_równjest równe [NIE]²/[N₂][O₂] Można albo zostawić równanie w ten sposób, albo, jeśli podano stężenia równowagi/stała równowagi, można je podłączyć, aby znaleźć brakujące wartości.

Załóżmy, że znamy stężenia obu[N₂] I [O₂]=,15 M, a stężenie [NO] wynosi 1,1 M.

Podłączenie tych wartości dałoby:K_równ= (1.1)²/(.15)(.15) lub 1.21/.0225.

Możesz rozwiązać i znaleźć, że K_równ=53,8.

OdK_równwynosi od 0,001 do 1000, będzie znaczna ilość każdego z NO, O₂, oraz n₂w równowadze.

administrator PowerShell

Podsumowanie: Co to jest równowaga dynamiczna?

Jaka jest najlepsza definicja równowagi dynamicznej? Równowaga dynamiczna występuje, gdy w przypadku reakcji odwracalnej szybkość reakcji naprzód jest równa szybkości reakcji odwrotnej. Ponieważ obie szybkości są równe, wygląda na to, że nic się nie dzieje, ale w rzeczywistości reakcja zachodzi w sposób ciągły i ze stabilną szybkością.

Natomiast reakcje w stabilnej równowadze są zakończone i nie zachodzi żadna dalsza reakcja.

Równanie stałej równowagi ma postaćK_równ=[C]^C[D]^D/[A]^A[B]^B.

Co dalej?

Piszesz pracę naukową do szkoły, ale nie wiesz, o czym pisać? Nasz przewodnik po tematach artykułów naukowych zawiera ponad 100 tematów w dziesięciu kategoriach, dzięki czemu możesz mieć pewność, że znajdziesz temat idealny dla siebie.

Chcesz poznać najszybszy i najłatwiejszy sposób konwersji między stopniami Fahrenheita i Celsjusza? Jesteśmy z Tobą! Sprawdź nasz przewodnik po najlepszych sposobach konwersji stopni Celsjusza na Fahrenheita (lub odwrotnie).

Czy uczysz się chmur na lekcjach przedmiotów ścisłych? Uzyskaj pomoc w identyfikacji różne rodzaje chmur z naszym fachowym przewodnikiem.