Dinamično ravnotežje je pomemben koncept v kemiji. Toda kaj natančno je dinamično ravnovesje? Kako je lahko nekaj dinamično, a tudi v ravnovesju? Nadaljujte z branjem, če želite izvedeti najboljšo definicijo dinamičnega ravnovesja, običajne primere dinamičnega ravnovesja in kako sta lahko dinamično in statično ravnotežje videti enako, vendar sta v resnici zelo različni.
Kaj je dinamično ravnotežje?
Kemijske reakcije lahko potekajo bodisi v obe smeri (naprej in nazaj) ali samo v eno smer. Tiste, ki gredo v dve smeri, so znane kot reverzibilne reakcije, prepoznate pa jih lahko po puščicah, ki gredo v dve smeri, kot je spodnji primer.
H2O(l) ⇌ H+(aq) + OH-(aq)
Dinamično ravnotežje se pojavi le pri reverzibilnih reakcijah in takrat je hitrost reakcije naprej enaka hitrosti povratne reakcije. Te enačbe so dinamične, ker še vedno potekata reakcija naprej in nazaj, vendar sta hitrosti enaki in nespremenljivi, zato sta tudi v ravnovesju.
Dinamično ravnotežje je primer sistema v stabilnem stanju. To pomeni, da se spremenljivke v enačbi skozi čas ne spreminjajo (ker so hitrosti reakcije enake). Če pogledate reakcijo v dinamičnem ravnovesju, bo videti, kot da se nič ne dogaja, saj koncentracije vsake snovi ostanejo konstantne. Vendar pa se reakcije dejansko nenehno pojavljajo.
Dinamično ravnovesje pa se ne pojavi le v kemijskih laboratorijih; vsakič, ko ste spili soda, ste bili priča primeru dinamičnega ravnovesja. V zaprti steklenici sode je ogljikov dioksid prisoten tako v tekoči/vodni fazi kot v plinasti fazi (mehurčki). Dve fazi ogljikovega dioksida sta v zaprti steklenici sode v dinamičnem ravnovesju, saj se plinasti ogljikov dioksid raztaplja v tekočo obliko z enako hitrostjo, kot se tekoča oblika ogljikovega dioksida pretvarja nazaj v plinasto obliko.
Enačba je videti takole: CO2(g) ⇌ CO2(aq).
Spreminjanje temperature, tlaka ali koncentracije reakcije lahko premakne ravnotežje enačbe in jo izloči iz dinamičnega ravnovesja. To je razlog, zakaj, če odprete pločevinko soda in jo pustite zunaj dlje časa, bo sčasoma postala 'ploščata' in ne bo več mehurčkov. To je zato, ker pločevinka sode ni več zaprt sistem in ogljikov dioksid lahko vpliva na atmosfero. To ga premakne iz dinamičnega ravnovesja in sprošča plinasto obliko ogljikovega dioksida, dokler ni več mehurčkov.
Primeri dinamičnega ravnovesja
Vsaka reakcija bo v dinamičnem ravnovesju, če je reverzibilna in sta hitrosti prednjih in povratnih reakcij enaki. Recimo, da pripravite raztopino, ki je nasičena z vodno raztopino NaCl. Če nato dodate trdne kristale NaCl, se bo NaCl istočasno raztopil in rekristaliziral v raztopini. Reakcija, NaCl(s) ⇌ Na+(aq) + Cl-(aq), bo v dinamičnem ravnotežju, ko bo hitrost raztapljanja NaCl enaka hitrosti rekristalizacije.
niz bajtov v niz
Drug primer dinamičnega ravnovesja ješt2(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + CO2(g) (spet, dokler sta obe stopnji enaki). Dušikov dioksid (št2) reagira z ogljikovim monoksidom (CO), da nastane dušikov oksid (NO) in ogljikov dioksid (CO2), v obratni reakciji pa dušikov oksid in ogljikov dioksid reagirata v dušikov dioksid in ogljikov monoksid.
Če opazujete reakcijo, lahko ugotovite, da ni v dinamičnem ravnovesju, če vidite spremembe, ki se pojavljajo v količinah reaktantov ali produktov. (Če ne vidite nobenih sprememb, to ne zagotavlja, da je v dinamičnem ravnotežju, saj je morda v statičnem ravnovesju ali pa so spremembe premajhne, da bi jih videli s prostim očesom.)
Primer enačbe, ki nikoli ne more biti v dinamičnem ravnotežju, je: 4 Fe(s) + 6 H2O(l) +3O2 (g) → 4 Fe(OH)3(s). To je enačba za nastanek rje. Vidimo lahko, da nikoli ne bo v dinamičnem ravnovesju, ker gre puščica za reakcijo samo v eno smer (zato zarjavel avto sam od sebe ne bo spet postal sijoč).
Za ta avto ni dinamičnega ravnovesja!
Dinamično ravnotežje proti statičnemu ravnotežju
Če opazujete reakcije v dinamičnem ravnovesju in reakcije v statičnem ravnovesju, nobena ne bo imela vidnih sprememb in videti bo, kot da se nič ne dogaja. Vendar se reakcije v statičnem ravnotežju dejansko zelo razlikujejo od tistih v dinamičnem ravnovesju.
Statično ravnotežje (znano tudi kot mehansko ravnotežje) je, ko se je reakcija ustavila in med reaktanti in produkti sploh ni gibanja. Reakcija je končana in hitrosti reakcije naprej in nazaj sta 0.
Medtem ko so reakcije v dinamičnem ravnovesju reverzibilne (lahko potekajo v obe smeri), so tiste v statičnem ravnovesju nepovratne in lahko potekajo le v eno smer. Vendar pa sta tako dinamično ravnotežje kot statično ravnovesje primera sistemov v stabilnem stanju, v katerem je skupno delovanje sile na sisteme nič.
Spodaj je diagram, ki prikazuje ključne razlike med dinamičnim in statičnim ravnovesjem.
| Dinamično ravnotežje | Statično ravnotežje združi javanski niz |
| Reverzibilen | Nepovratno |
| Reakcija se še vedno pojavlja | Reakcija se je ustavila |
| Hitrost reakcije naprej = hitrost povratne reakcije | Obe hitrosti reakcije sta nič |
| Pojavlja se v zaprtem sistemu prečrtana markdown | Lahko se pojavi v odprtem ali zaprtem sistemu |
Kako je dinamično ravnovesje povezano s konstantami hitrosti?
Ko je reakcija v dinamičnem ravnotežju, bo imela reakcija določeno konstanto hitrosti, znano kot konstanta ravnotežja aliKen.
Konstanta ravnotežja ali konstanta hitrosti je koeficient, ki prikazuje reakcijski količnik (ali relativne količine produktov in reaktantov v reakciji v danem trenutku), ko je reakcija v ravnovesju. Vrednost konstante ravnotežja vam bo povedala relativne količine produkta in reaktanta v ravnovesju.
Če Kenje >1000, bo v ravnovesju večinoma produkt.
Če Kenmed 0,001 in 1000, bo v ravnotežju prisotna znatna količina produkta in reaktanta.
Če Kenje<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.
Za reakcijo a A + b B⇌ c C+ d D, A in B predstavljajo reaktante, C in D pa produkte.
Enačba za konstanto ravnotežja je Ken=[C]c[D]d/[A]a[B]b.
Primer
Vzemite reakcijo N2(g)+O2(g)⇋2NO(g).
Z uporabo enačbe za konstanto ravnotežja, Kenje enako [NE]2/[N2][O2]. Enačbo bi bodisi pustili tako ali pa, če imate podane ravnotežne koncentracije/konstanto ravnovesja, jih lahko vključite, da poiščete morebitne manjkajoče vrednosti.
Recimo, da poznamo koncentraciji obeh[N2] in [O2]=,15 M in koncentracija [NO] je 1,1 M.
Če vstavite te vrednosti, bi dobili:Ken= (1.1)2/(.15)(.15) ali 1.21/.0225.
Lahko rešite in ugotovite, da Ken=53.8.
OdKenmed 0,001 in 1000, bo prisotna znatna količina vsakega od NO, O2, in N2v ravnovesju.
primeri stroja moore
Povzetek: Kaj je dinamično ravnotežje?
Kakšna je najboljša definicija dinamičnega ravnovesja? Dinamično ravnotežje nastopi, ko je pri reverzibilni reakciji hitrost neposredne reakcije enaka hitrosti povratne reakcije. Ker sta hitrosti enaki, je videti, kot da se nič ne dogaja, v resnici pa se reakcija nenehno odvija s svojo stabilno hitrostjo.
V nasprotju s tem so reakcije v stabilnem ravnotežju končane in ne pride do nobene nadaljnje reakcije.
Enačba za konstanto ravnotežja jeKen=[C]c[D]d/[A]a[B]b.
Kaj je naslednje?
Pišete raziskovalno nalogo za šolo, a niste prepričani, o čem bi pisali? Naš vodnik po temah raziskovalnih člankov ima več kot 100 tem v desetih kategorijah, tako da ste lahko prepričani, da boste našli popolno temo zase.
Želite izvedeti najhitrejše in najpreprostejše načine za pretvorbo med Fahrenheitom in Celzijem? Poskrbeli smo za vas! Oglejte si naš vodnik po najboljših načinih za pretvorbo Celzija v Fahrenheite (ali obratno).
Ali pri pouku naravoslovja preučujete oblake? Poiščite pomoč pri prepoznavanju različne vrste oblakov z našim strokovnim vodnikom.