W przypadku odwracalnych reakcji chemicznych mówi się, że określenie równowagi dynamicznej osiąga się tylko wtedy, gdy szybkość reakcji wstecznej jest równa szybkości reakcji postępującej podczas procesu reakcji. Przyrostek „Dynamiczny” jest używany przede wszystkim do opisania, że reakcja chemiczna jest w toku. Poniżej podano kilka przykładów równowagi dynamicznej.
Równowaga dynamiczna Można to osiągnąć, gdy reakcja do przodu i reakcja odwrotna nadal zachodzą, jednak szybkości występowania obu reakcji są równe i niezmienne, tj. są w równowadze. Innymi słowy, mówi się, że każda reakcja chemiczna jest w dynamicznej równowadze, gdy szybkość reakcji postępującej jest jednocześnie równoważna szybkości reakcji wstecznej, a reakcja chemiczna jest odwracalna. Niektóre przykłady równowagi dynamicznej to:
Reakcja NaCl
Na przykład, jeśli weźmiemy nasycony roztwór zawierający wodny roztwór NaCl, a następnie dodamy trochę stałych kryształów NaCl, widać, że chlorek sodu rozpuszcza się i rekrystalizuje jednocześnie w roztworze z tą samą szybkością. Możemy powiedzieć, że reakcja wodnego roztworu chlorku sodu rozpuszcza się na jony sodu i chlorku podana równaniem NaCl(s) ⇌ Na+(aq) + Cl-(aq) jest w dynamicznej równowadze, gdy szybkość rozpuszczania roztworu chlorku sodu jest równa szybkości rekrystalizacji jonów Na+(aq) i Cl-(aq).
Reakcja dwutlenek azotu-tlenek węgla
Weźmy inny przykład równowagi dynamicznej: gazowy dwutlenek azotu reaguje z tlenkiem węgla, tworząc gazowy tlenek azotu i dwutlenek węgla, jak pokazano w równaniu NO2(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + CO2(g). Jest to odwracalna reakcja chemiczna. Mówi się, że ta reakcja jest w dynamicznej równowadze, gdy szybkość reakcji dwutlenku azotu z tlenkiem węgla jest równa szybkości reakcji dwutlenku węgla i tlenku azotu.
Reakcja kwasu octowego
Równowagę dynamiczną można zaobserwować w układzie jednofazowym, takim jak równowaga jonów kwasowo-zasadowych w H2O rozwiązanie. Na przykład wodny roztwór kwasu octowego dysocjuje na jego jony H+(kwasowe) i zasadowe, będąc jednocześnie wytwarzanym przez te same jony. Ta reakcja jest wyrażona równaniem: CH3COOH ⇌ CH3Dyrektor Operacyjny + H+
Reakcja dwutlenku węgla
W naszym codziennym życiu zaobserwowaliśmy również przykłady dynamicznej równowagi. Jednym z takich przykładów jest zapieczętowana puszka lub butelka po napojach gazowanych. Uszczelniona butelka po napojach zawiera dwutlenek węgla zarówno w postaci płynnej, jak i gazowej (w postaci bąbelków) wraz z napojem gazowanym. Gazowa faza dwutlenku węgla jest w dynamicznej równowadze z ciekłą/wodną fazą dwutlenku węgla. Faza ciekła dwutlenku węgla ulega przemianie w fazę gazową z taką samą szybkością, jak faza gazowa dwutlenku węgla rozpuszcza się w postaci ciekłej dwutlenku węgla. Równanie wspomnianej reakcji podano jako CO2 (g) ⇌ CO2(wodny).
Reakcja azotu i wodoru
Amoniak przemysłowy synteza z wykorzystaniem procesu Habera jest również przykładem reakcji, która może znajdować się w dynamicznej równowadze. Reakcja wyrażona jest równaniemN2 (g) + 3H2 (g) ⇌2NH3 (sol). W tym momencie cząsteczki azotu i wodoru łączą się, tworząc amoniak i amoniak jednocześnie rozpadają się, tworząc cząsteczki azotu i wodoru.
Reakcja dwutlenku azotu
Innym przykładem równowagi dynamicznej jest dimeryzacja dwutlenku azotu w fazie gazowej. Reakcja wyrażona jest równaniem 2 NIE ⇌ NIE2O4
Zagłębmy się nieco głębiej, aby lepiej zrozumieć pojęcie równowagi dynamicznej.
Jakie są przykłady reakcji, które nigdy nie mogą być w dynamicznej równowadze?
Reakcje nieodwracalne nigdy nie mogą znajdować się w równowadze dynamicznej. W tego rodzaju reakcjach reagenty przekształcają się w produkty, ale odwrotnie nie zachodzi. Tym samym eliminowana jest jakakolwiek możliwość ustalenia równowagi dynamicznej.
Jednym z takich przykładów jest reakcja żelaza z parą wodną z wytworzeniem rdzy. Daje to równanie:
4Fe(y) + 6H2O(l) + 3O2 (g) → 4Fe(OH)3 (S)
Rdza nie może rozpaść się z powrotem na żelazo i parę wodną. Widzimy, że ponieważ jest to reakcja nieodwracalna, strzałka od reagentów do produktów jest skierowana tylko w jednym kierunku.
Innym przykładem nieodwracalnej reakcji jest reakcja paliwa z tlenem atmosferycznym, w wyniku której powstaje dwutlenek węgla i para wodna. Ta reakcja jest podana przez równanie
Paliwo + O2 → KO2 + H2O
Nazywa się to reakcją spalania. Produkty, tj. dwutlenek węgla i para wodna, nie mogą reagować z powrotem, wytwarzając paliwo i tlen. Dlatego reakcja jest jednostronna.
Istnieje wiele przykładów takich nieodwracalnych reakcji, w których produkty nie mogą powrócić do substratów. We wszystkich takich reakcjach ustalenie dynamicznej równowagi między produktami a reagentami nie jest możliwe.
Jak utrzymać równowagę dynamiczną w systemie?
W reakcji trudno jest utrzymać dynamiczną równowagę. Każda drobna zmiana temperatury, ciśnienia lub stężenia reakcji może przesunąć lub zburzyć dynamiczną równowagę.
Z tego powodu butelka po napojach staje się płaska lub traci bąbelki po jej otwarciu. Po otwarciu puszki dwutlenek węgla w fazie gazowej może reagować lub oddziaływać z atmosferycznym dwutlenkiem węgla i innymi gazami. Nie jest to już więc system zamknięty. Uwalnia to gazowy dwutlenek węgla, który był obecny w postaci bąbelków i zaburza dynamiczną równowagę, która została wcześniej ustalona podczas zamykania butelki.
Jakie są warunki równowagi dynamicznej?
Warunki niezbędne do uzyskania równowagi dynamicznej w reakcji są następujące:
- TIlość reagentów i produktów musi być taka sama jak na początku reakcji. Niedozwolone jest zewnętrzne dodawanie reagentów podczas reakcji.
- Reakcja powinna przebiegać w układzie zamkniętym, aby żaden inny wpływ lub substancje nie mogły się sumować z reakcją.
- Reakcja musi mieć charakter odwracalny.
- Ważne jest utrzymywanie parametrów fizycznych, takich jak temperatura, ciśnienie itp. w równowadze podczas całej reakcji.
Jak wykryć, że system jest w równowadze dynamicznej?
Można powiedzieć, że w równowadze dynamicznej układ jest w stanie ustalonym, tzn. zmienne w reakcji chemicznej nie zmieniają się w czasie, ponieważ szybkości reakcji odwracalnej i postępującej są sobie równe.
- Jeśli zaobserwujemy reakcję w równowadze dynamicznej, to nie będziemy w stanie zobaczyć żadnej zmiany i wyglądałoby to, że żadna reakcja nie zachodzi. Jednak reakcja zachodząca w kierunku do przodu jest kompensowana reakcją zachodzącą jednocześnie w kierunku odwrotnym.
- IJeśli otrzymasz reakcję, możesz stwierdzić, czy reakcja jest w dynamicznej równowadze, czy nie, obserwując ilość lub ilość reagentów i produktów reakcji. Jeśli zauważysz, że ilość produktu przekracza ilość substratów lub ilość substratów przekracza ilość produktów, możesz wyeliminować możliwość dynamicznej równowagi w reakcji.
- Jednakże, jeśli zauważysz, że ilość produktu i substratu pozostaje taka sama jak na początku reakcji, tj. ilość substratów i produktów pozostaje niezmieniona przez całą reakcję, to może być lub nie być w równowadze dynamicznej. Czasami zmiany w ilości produktów i reagentów są bardzo drobne, co utrudnia wykrycie gołym okiem. W innych przypadkach reakcja może znajdować się w równowadze statycznej.
Co to jest równowaga statyczna?
Równowaga statyczna w reakcji odnosi się do fazy, w której reakcja jest zatrzymana lub nie zachodzi żadna reakcja między reagentami lub produktami.
Można powiedzieć, że w przypadku równowagi statycznej zarówno szybkość reakcji postępującej, jak i wstecznej wynosi zero. Ilość produktów i reagentów pozostaje niezmieniona. Przykładem równowagi statycznej jest proces powstawania grafitu z diamentu i odwrotnie. Reakcja wyrażona jest równaniem C(diament) ⇌ C(grafit)
Stabilność grafitu jest większa niż diamentu. Aby uruchomić jego aktywację, należy rozgrzać grafit do temperatury 2000°C lub więcej energia i konwertuj w diament. W temperaturze pokojowej ta konwersja zajęłaby miliony lat. W warunkach ogólnych zachodziłaby nieskończenie mała ilość konwersji między tymi dwiema substancjami. Można więc powiedzieć, że w temperaturze pokojowej reakcja ta jest w stanie równowagi statycznej.
Jakie są różnice między równowagą dynamiczną a statyczną?
| Statyczna równowaga | Równowaga dynamiczna |
| Ten rodzaj równowagi można ogólnie osiągnąć w reakcjach nieodwracalnych. | Ten rodzaj równowagi można ogólnie osiągnąć w reakcjach odwracalnych. |
| Reagenty i produkty nie biorą udziału w żadnej reakcji po osiągnięciu równowagi. | Reagenty i produkty jednocześnie uczestniczą w reakcji nawet po osiągnięciu równowagi. |
| Szybkość postępującej reakcji chemicznej (pomiędzy reagentami) i szybkości odwrotnej reakcji chemicznej (pomiędzy produktami) jest równa zeru, tzn. nie reagują ze sobą. | Mówi się, że szybkość przekazywania reakcji chemicznej (pomiędzy reagentami) jest równoważna szybkości odwrotnej reakcji chemicznej (pomiędzy produktami). |
| Ten rodzaj równowagi można zaobserwować zarówno w systemach otwartych, jak i zamkniętych. | Ten rodzaj równowagi można zaobserwować tylko w układach zamkniętych. |
| W reakcji chemicznej równowaga statyczna jest fazą, w której reakcja zatrzymuje się, tj. nie zachodzi żadna dalsza reakcja między reagentami lub produktami. | W reakcji chemicznej równowaga dynamiczna jest fazą, którą osiąga się tylko wtedy, gdy szybkość odwrotnej reakcji chemicznej jest równoważna szybkości postępującej reakcji chemicznej jednocześnie podczas procesu reakcji. |
| Jest to używane głównie w kontekście mechanicznym. | Jest to używane głównie w kontekście chemicznym |
Mamy nadzieję, że ten post dostarczył wszystkich niezbędnych informacji dotyczących przykładu równowagi dynamicznej.
- Czy światło może zginać się na rogach? Ważne często zadawane pytania
- Co to jest cień: Jak powstaje cień | 3 części Cienia
- Ponad 20 krytycznych przykładów rezonansu w życiu codziennym z objaśnieniami, często zadawanymi pytaniami
- Odbicie lustrzane i rozproszone: ważne często zadawane pytania, koncepcje, przykłady
- Uwagi dotyczące interferencji cienkowarstwowej: równanie, działanie, zależność, zastosowania, problemy i często zadawane pytania
- Lustro sferyczne | Wszystkie ważne koncepcje i ponad 10 często zadawanych pytań
Cześć, jestem Sanchari Chakraborty. Zrobiłem magisterium z elektroniki.
Zawsze lubię odkrywać nowe wynalazki w dziedzinie elektroniki.
Jestem chętnym uczniem, obecnie inwestuję w dziedzinę optyki stosowanej i fotoniki. Jestem także aktywnym członkiem SPIE (Międzynarodowe stowarzyszenie optyki i fotoniki) oraz OSI (Indyjskie Towarzystwo Optyczne). Moje artykuły mają na celu przybliżenie tematów badań naukowych wysokiej jakości w prosty, ale pouczający sposób. Nauka ewoluuje od niepamiętnych czasów. Próbuję więc wykorzystać tę ewolucję i przedstawić ją czytelnikom.
Połączmy się przez
Witam Cię, Drogi Czytelniku,
Jesteśmy małym zespołem w Techiescience, ciężko pracującym wśród dużych graczy. Jeśli podoba Ci się to, co widzisz, udostępnij nasze treści w mediach społecznościowych. Twoje wsparcie robi wielką różnicę. Dziękuję!