Динамічна рівновага є важливою концепцією в хімії. Але що таке динамічна рівновага? Як щось може бути динамічним, але водночас у рівновазі? Продовжуйте читати, щоб дізнатися найкраще визначення динамічної рівноваги, загальні приклади динамічної рівноваги та те, як динамічна та статична рівновага можуть виглядати однаково, але насправді дуже відрізняються.

Що таке динамічна рівновага?

Хімічні реакції можуть проходити в обох напрямках (прямому і зворотному) або тільки в одному. Реакції, які йдуть у двох напрямках, називаються оборотними, і ви можете визначити їх за стрілками, що йдуть у двох напрямках, як у прикладі нижче.

H2O(l) ⇌ H⁺(вод.) + ОН^-(вод.)

Динамічна рівновага виникає лише в оборотних реакціях це коли швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції. Ці рівняння є динамічними, оскільки пряма та зворотна реакції все ще відбуваються, але обидві швидкості рівні та незмінні, тому вони також знаходяться в рівновазі.

Динамічна рівновага є прикладом системи в стаціонарному стані. Це означає, що змінні в рівнянні не змінюються з часом (оскільки швидкості реакції однакові). Якщо ви подивитеся на реакцію в динамічній рівновазі, буде здаватися, що нічого не відбувається, оскільки концентрації кожної речовини залишаються постійними. Однак насправді реакції відбуваються постійно.

Однак динамічна рівновага виникає не лише в хімічних лабораторіях; Ви спостерігали приклад динамічної рівноваги кожного разу, коли випивали газовану воду. У закритій пляшці газованої води вуглекислий газ присутній як у рідкій/водній фазі, так і в газоподібній фазі (бульбашки). Дві фази вуглекислого газу знаходяться в динамічній рівновазі всередині закритої пляшки газованої води, оскільки газоподібний вуглекислий газ розчиняється в рідку форму з тією ж швидкістю, що рідка форма вуглекислого газу перетворюється назад у газоподібну форму.

Рівняння виглядає так: CО₂(g) ⇌ CО₂(вод.)

Зміна температури, тиску або концентрації реакції може зрушити рівновагу рівняння та вивести його з динамічної рівноваги. Ось чому, якщо ви відкриєте банку газованої води і залишите її надовго, зрештою вона стане «плоскою» і більше не буде бульбашок. Це пов’язано з тим, що банка газованої води більше не є закритою системою, а вуглекислий газ може взаємодіяти з атмосферою. Це виводить його з динамічної рівноваги та вивільняє газоподібну форму вуглекислого газу, поки бульбашки більше не зникнуть.

Приклади динамічної рівноваги

Будь-яка реакція буде перебувати в динамічній рівновазі, якщо вона оборотна і швидкості прямої і зворотної реакцій рівні. Наприклад, припустимо, що ви готуєте розчин, насичений водним розчином NaCl. Якщо потім додати тверді кристали NaCl, NaCl буде одночасно розчинятися та перекристалізовуватися в розчині. Реакція NaCl(s) ⇌ Na⁺(вод.) + Cl^-(aq), перебуватиме в динамічній рівновазі, коли швидкість розчинення NaCl дорівнює швидкості рекристалізації.

python os listdir

Іншим прикладом динамічної рівноваги єНІ₂(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + CО₂(g) (знову ж таки, якщо дві ставки рівні). Діоксид азоту (НІ₂) реагує з оксидом вуглецю (CO) з утворенням оксиду азоту (NO) і вуглекислого газу (CО₂), а в зворотній реакції оксид азоту та вуглекислий газ реагують з утворенням діоксиду азоту та оксиду вуглецю.

Якщо ви спостерігаєте за реакцією, ви можете сказати, що вона не в динамічній рівновазі, якщо бачите зміни, що відбуваються в кількості реагентів або продуктів. (Якщо ви не бачите жодних змін, це не гарантує, що він знаходиться в динамічній рівновазі, оскільки він може бути в статичній рівновазі або зміни можуть бути надто малими, щоб побачити неозброєним оком.)

Прикладом рівняння, яке ніколи не може бути в динамічній рівновазі, є: 4 Fe(s) + 6 H₂O(l) +3O₂ (g) → 4 Fe(ой)³(s). Це рівняння для утворення іржі. Ми бачимо, що він ніколи не перебуватиме в динамічній рівновазі, тому що стрілка реакції йде лише в один бік (ось чому іржава машина не стане сама по собі блищати).

Для цієї машини немає динамічної рівноваги!

Динамічна рівновага проти статичної рівноваги

Якщо спостерігати за реакціями в динамічній рівновазі та реакціями в статичній рівновазі, жодна з них не матиме видимих ​​змін, і буде виглядати, ніби нічого не відбувається. Однак реакції в статичній рівновазі насправді дуже відрізняються від реакцій у динамічній рівновазі.

Статична рівновага (також відома як механічна рівновага) – це коли реакція зупинилася і між реагентами та продуктами взагалі немає руху. Реакція завершена, і швидкості прямої та зворотної реакції дорівнюють 0.

У той час як реакції в динамічній рівновазі є оборотними (можуть проходити в будь-якому напрямку), реакції в статичній рівновазі є незворотними і можуть відбуватися лише в одному напрямку. Однак як динамічна рівновага, так і статична рівновага є прикладами систем у стаціонарному стані, в якому сумарна сила дії на системи дорівнює нулю.

Нижче наведено діаграму, яка показує ключові відмінності між динамічною та статичною рівновагою.

Як динамічна рівновага пов’язана з константами швидкості?

Коли реакція перебуває в динамічній рівновазі, реакція матиме певну константу швидкості, відому як константа рівноваги, абоК_екв.

Константа рівноваги, або константа швидкості, — це коефіцієнт, який показує коефіцієнт реакції (або відносну кількість продуктів і реагентів у реакції в даний момент часу), коли реакція знаходиться в рівновазі. Значення константи рівноваги покаже вам відносну кількість продукту та реагенту в стані рівноваги.

Якщо К_екв>1000, у рівновазі буде переважно продукт.

Якщо К_еквміж 0,001 і 1000, у рівновазі буде значна кількість як продукту, так і реагенту.

Якщо К_еквє<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.

непорядковий обхід

За реакцію a А + b B⇌ в C+ d D, A і B представляють реагенти, а C і D представляють продукти.

Рівняння константи рівноваги має вигляд К_екв=[C]^в[D]^d/[A]^a[B]^b.

приклад

Візьмемо реакцію N₂(g)+O₂(g)⇋2NO(g).

Використовуючи рівняння для константи рівноваги, К_еквдорівнює [НІ]²/[Н₂][О₂]. Ви або залишите рівняння таким, або, якщо вам задані рівноважні концентрації/константа рівноваги, ви можете підключити їх, щоб знайти будь-які відсутні значення.

Скажімо, ми знаємо концентрації обох[Н₂] і [О₂]=0,15 М, а концентрація [NO] становить 1,1 М.

Підключення цих значень дасть вам:К_екв= (1.1)²/(.15)(.15) або 1,21/.0225.

Ви можете розв’язати і знайти, що K_екв=53.8.

ОскількиК_еквміж 0,001 і 1000, буде значна кількість кожного з NO, O₂і Н₂в рівновазі.

часткові похідні в латексі

Резюме: Що таке динамічна рівновага?

Яке найкраще визначення динамічної рівноваги? Динамічна рівновага виникає, коли для оборотної реакції швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції. Оскільки дві швидкості рівні, здається, що нічого не відбувається, але насправді реакція постійно відбувається зі стабільною швидкістю.

Навпаки, реакції при стабільній рівновазі завершуються і подальша реакція не відбувається.

Рівняння константи рівноваги має виглядК_екв=[C]^в[D]^d/[A]^a[B]^b.

Що далі?

Пишете наукову роботу для школи, але не знаєте, про що написати? Наш посібник із тем наукової роботи має понад 100 тем у десяти категоріях, тому ви можете бути впевнені, що знайдете ідеальну тему для себе.

Хочете знати найшвидші та найпростіші способи конвертації між Фаренгейтом і Цельсієм? Ми допоможемо вам! Ознайомтеся з нашим довідником щодо найкращих способів перетворення градусів Цельсія у Фаренгейт (або навпаки).

Ви вивчаєте хмари на уроці природознавства? Отримайте допомогу в ідентифікації різні типи хмар з нашим експертним посібником.