Dynaaminen tasapaino on tärkeä käsite kemiassa. Mutta mitä dynaaminen tasapaino oikein on? Miten jokin voi olla dynaamista, mutta myös tasapainossa? Jatka lukemista oppiaksesi parhaan dynaamisen tasapainon määritelmän, yleisiä dynaamisen tasapainon esimerkkejä ja kuinka dynaaminen ja staattinen tasapaino voivat näyttää samalta, mutta ovat itse asiassa hyvin erilaisia.

Mikä on dynaaminen tasapaino?

Kemialliset reaktiot voivat tapahtua joko molempiin suuntiin (eteenpäin ja taaksepäin) tai vain yhteen suuntaan. Ne, jotka kulkevat kahteen suuntaan, tunnetaan palautuvina reaktioina, ja voit tunnistaa ne kahteen suuntaan pyörivistä nuolista, kuten alla oleva esimerkki.

H2O(l) ⇌ H⁺(aq) + OH^-(aq)

Dynaaminen tasapaino tapahtuu vain palautuvissa reaktioissa ja se on kun eteenpäinreaktion nopeus on yhtä suuri kuin käänteisen reaktion nopeus. Nämä yhtälöt ovat dynaamisia, koska eteenpäin ja taaksepäin tapahtuvat reaktiot ovat edelleen olemassa, mutta nämä kaksi nopeutta ovat samat ja muuttumattomat, joten ne ovat myös tasapainossa.

Dynaaminen tasapaino on esimerkki vakaassa tilassa olevasta järjestelmästä. Tämä tarkoittaa, että yhtälön muuttujat eivät muutu ajan myötä (koska reaktionopeudet ovat yhtä suuret). Jos katsot reaktiota dynaamisessa tasapainossa, näyttää siltä, ​​​​että mitään ei tapahdu, koska kunkin aineen pitoisuudet pysyvät vakiona. Reaktioita tapahtuu kuitenkin jatkuvasti.

Dynaaminen tasapaino ei kuitenkaan tapahdu vain kemian laboratorioissa; olet nähnyt dynaamisen tasapainon esimerkin joka kerta, kun olet juonut virvoitusjuomaa. Suljetussa soodapullossa hiilidioksidia on sekä neste-/vesifaasissa että kaasufaasissa (kuplat). Hiilidioksidin kaksi faasia ovat dynaamisessa tasapainossa suljetun soodapullon sisällä, koska kaasumainen hiilidioksidi liukenee nestemäiseen muotoon samalla nopeudella kuin hiilidioksidin nestemäinen muoto muuttuu takaisin kaasumaiseen muotoonsa.

Yhtälö näyttää tältä: CO₂(g) ⇌ CO₂(aq).

Reaktion lämpötilan, paineen tai pitoisuuden muuttaminen voi muuttaa yhtälön tasapainoa ja lyödä sen pois dynaamisesta tasapainosta. Tästä syystä, jos avaat soodatölkin ja jätät sen pois pitkäksi aikaa, siitä tulee lopulta 'litteä' eikä kuplia enää ole. Tämä johtuu siitä, että soodatölkki ei ole enää suljettu järjestelmä ja hiilidioksidi voi olla vuorovaikutuksessa ilmakehän kanssa. Tämä siirtää sen pois dynaamisesta tasapainosta ja vapauttaa hiilidioksidin kaasumaisen muodon, kunnes kuplia ei enää ole.

Esimerkkejä dynaamisesta tasapainosta

Mikä tahansa reaktio on dynaamisessa tasapainossa, jos se on palautuva ja myötä- ja taaksepäinreaktioiden nopeudet ovat yhtä suuret. Oletetaan esimerkiksi, että valmistat liuoksen, joka on kyllästetty NaCl:n vesiliuoksella. Jos lisäät sitten kiinteitä NaCl-kiteitä, NaCl liukenee ja kiteytyy uudelleen liuoksessa samanaikaisesti. Reaktio, NaCl(s) ⇌ Na⁺(aq) + Cl^-(aq) on dynaamisessa tasapainossa, kun NaCl:n liukenemisnopeus on yhtä suuri kuin uudelleenkiteytysnopeus.

java lisätä taulukkoon

Toinen esimerkki dynaamisesta tasapainosta onEI₂(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + CO₂(g) (jälleen, kunhan nämä kaksi korkoa ovat yhtä suuret). Typpidioksidi (EI₂) reagoi hiilimonoksidin (CO) kanssa muodostaen typen oksideja (NO) ja hiilidioksidia (CO₂), ja käänteisessä reaktiossa typen oksidi ja hiilidioksidi reagoivat muodostaen typpidioksidia ja hiilimonoksidia.

Jos tarkkailet reaktiota, voit kertoa, että se ei ole dynaamisessa tasapainossa, jos näet muutoksia reagoivien aineiden tai tuotteiden määrissä. (Jos et näe muutoksia, se ei takaa sen olevan dynaamisessa tasapainossa, koska se voi olla staattisessa tasapainossa tai muutokset voivat olla liian pieniä nähdäksesi paljaalla silmällä.)

Esimerkki yhtälöstä, joka ei koskaan voisi olla dynaamisessa tasapainossa: 4 Fe(s) + 6 H₂O(l)+3O₂ (g) → 4 Fe(VAI NIIN)³(s). Tämä on ruosteen muodostumisen yhtälö. Voimme nähdä, että se ei koskaan ole dynaamisessa tasapainossa, koska reaktion nuoli kulkee vain yhteen suuntaan (siksi ruosteisesta autosta ei tule itsestään taas kiiltävää).

Tässä autossa ei ole dynaamista tasapainoa!

Dynaaminen tasapaino vs staattinen tasapaino

Jos tarkkailet reaktioita dynaamisessa tasapainossa ja reaktioita staattisessa tasapainossa, kummassakaan ei tapahdu näkyviä muutoksia, ja näyttää siltä, ​​​​että mitään ei tapahdu. Staattisessa tasapainossa reaktiot ovat kuitenkin itse asiassa hyvin erilaisia ​​kuin dynaamisen tasapainon reaktiot.

Staattinen tasapaino (tunnetaan myös nimellä mekaaninen tasapaino) on silloin, kun reaktio on pysähtynyt eikä reagoivien aineiden ja tuotteiden välillä ole lainkaan liikettä. Reaktio on päättynyt ja eteenpäin- ja taaksepäinreaktionopeudet ovat molemmat 0.

Vaikka dynaamisen tasapainon reaktiot ovat palautuvia (voivat edetä kumpaan tahansa suuntaan), staattisen tasapainon reaktiot ovat peruuttamattomia ja voivat edetä vain yhteen suuntaan. Sekä dynaaminen tasapaino että staattinen tasapaino ovat kuitenkin esimerkkejä vakaassa tilassa olevista systeemeistä, jossa nettovoiman vaikutus järjestelmiin on nolla.

Alla on kaavio, joka näyttää tärkeimmät erot dynaamisen ja staattisen tasapainon välillä.

Miten dynaaminen tasapaino liittyy nopeusvakioihin?

Kun reaktio on dynaamisessa tasapainossa, reaktiolla on tietty nopeusvakio, joka tunnetaan nimellä tasapainovakio, taiK_ekv.

Tasapainovakio tai nopeusvakio on kerroin, joka osoittaa reaktioosamäärän (tai tuotteiden ja reaktanttien suhteelliset määrät reaktiossa tietyllä hetkellä), kun reaktio on tasapainossa. Tasapainovakion arvo kertoo tuotteen ja reagoivan aineen suhteelliset määrät tasapainossa.

Jos K_ekvon >1000, tasapainossa on enimmäkseen tuotetta.

Jos K_ekvon välillä 0,001 ja 1000, tasapainotilassa tulee olemaan merkittävä määrä sekä tuotetta että reagoivaa ainetta.

Jos K_ekvOn<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.

java-lajittelutaulukko

Reaktiota varten a A + b B⇌ c C+ d D, A ja B edustavat lähtöaineita ja C ja D edustavat tuotteita.

Tasapainovakion yhtälö on K_ekv=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b.

Esimerkki

Ota reaktio N₂(g)+O₂(g)⇋2NO(g).

Käyttämällä tasapainovakion yhtälöä, K_ekvon yhtä suuri kuin [EI]²/[N₂][O₂]. Voit joko jättää yhtälön tähän, tai jos sinulle annetaan tasapainopitoisuudet/tasapainovakio, voit liittää ne löytääksesi puuttuvat arvot.

Oletetaan, että tiedämme molempien pitoisuudet[N₂] ja [O₂] = 0,15 M ja [NO]:n pitoisuus on 1,1 M.

Näiden arvojen liittäminen antaa sinulle:K_ekv= (1.1)²/(.15)(.15) tai 1.21/.0225.

Voit ratkaista ja löytää, että K_ekv=53.8.

Siitä asti kunK_ekvon välillä 0,001 ja 1000, kutakin NO:ta, O:ta on merkittävä määrä₂, ja N₂tasapainossa.

python __name__

Yhteenveto: Mikä on dynaaminen tasapaino?

Mikä on paras dynaamisen tasapainon määritelmä? Dynaaminen tasapaino syntyy, kun reversiibelissä reaktiossa eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus on yhtä suuri kuin käänteisen reaktion nopeus. Koska nämä kaksi nopeutta ovat samat, näyttää siltä, ​​​​että mitään ei tapahdu, mutta todellisuudessa reaktio tapahtuu jatkuvasti vakaalla nopeudellaan.

Sitä vastoin reaktiot stabiilissa tasapainossa ovat täydellisiä eikä muita reaktioita tapahdu.

Tasapainovakion yhtälö onK_ekv=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b.

Mitä seuraavaksi?

Kirjoitatko tutkimuspaperia kouluun, mutta et ole varma mistä kirjoittaa? Oppaamme tutkimuspaperien aiheisiin on yli 100 aihetta kymmenessä kategoriassa, joten voit olla varma, että löydät itsellesi täydellisen aiheen.

Haluatko tietää nopeimmat ja helpoimmat tavat muuntaa Fahrenheitin ja Celsiuksen välillä? Olemme turvassa! Tutustu oppaaseemme parhaista tavoista muuntaa Celsius Fahrenheitiksi (tai päinvastoin).

Opiskeletko pilviä luonnontieteiden tunnilla? Pyydä apua tunnistamaan erilaisia ​​pilviä asiantuntijaoppaamme kanssa.