Dynamická rovnováha je dôležitý pojem v chémii. Ale čo presne je dynamická rovnováha? Ako môže byť niečo dynamické, ale aj v rovnováhe? Pokračujte v čítaní, aby ste sa naučili najlepšiu definíciu dynamickej rovnováhy, bežné príklady dynamickej rovnováhy a ako dynamická a statická rovnováha môžu vyzerať rovnako, ale v skutočnosti sú veľmi odlišné.

Čo je dynamická rovnováha?

Chemické reakcie môžu prebiehať oboma smermi (dopredu aj dozadu) alebo len jedným smerom. Tie, ktoré idú v dvoch smeroch, sú známe ako reverzibilné reakcie, a môžete ich identifikovať podľa šípok smerujúcich v dvoch smeroch, ako v príklade nižšie.

H2O(l) ⇌ H⁺(aq) + OH^-(aq)

Dynamická rovnováha nastáva len pri reverzibilných reakciách a je to vtedy, keď sa rýchlosť priamej reakcie rovná rýchlosti spätnej reakcie. Tieto rovnice sú dynamické, pretože stále prebiehajú dopredné a spätné reakcie, ale obe rýchlosti sú rovnaké a nemenné, takže sú tiež v rovnováhe.

Dynamická rovnováha je príkladom systému v ustálenom stave. To znamená, že premenné v rovnici sa v priebehu času nemenia (pretože rýchlosti reakcie sú rovnaké). Ak sa pozriete na reakciu v dynamickej rovnováhe, bude to vyzerať, že sa nič nedeje, pretože koncentrácie každej látky zostávajú konštantné. Reakcie však v skutočnosti prebiehajú nepretržite.

Dynamická rovnováha sa však nevyskytuje len v chemických laboratóriách; boli ste svedkom príkladu dynamickej rovnováhy zakaždým, keď ste si dali sódu. V uzavretej fľaši sódy je oxid uhličitý prítomný v kvapalnej/vodnej fáze aj v plynnej fáze (bubliny). Dve fázy oxidu uhličitého sú v dynamickej rovnováhe vo vnútri utesnenej fľaše na sódu, pretože plynný oxid uhličitý sa rozpúšťa do kvapalnej formy rovnakou rýchlosťou, akou sa kvapalná forma oxidu uhličitého premieňa späť na svoju plynnú formu.

Rovnica vyzerá takto: CO₂g) ⇌ CO₂(aq).

Zmena teploty, tlaku alebo koncentrácie reakcie môže posunúť rovnováhu rovnice a vyradiť ju z dynamickej rovnováhy. To je dôvod, prečo, ak otvoríte plechovku sódy a necháte ju vonku na dlhší čas, nakoniec sa stane „plochou“ a nebudú tam žiadne bubliny. Je to preto, že plechovka sódy už nie je uzavretým systémom a oxid uhličitý môže interagovať s atmosférou. Tým sa dostane z dynamickej rovnováhy a uvoľní sa plynná forma oxidu uhličitého, kým už nezostanú žiadne bubliny.

Príklady dynamickej rovnováhy

Akákoľvek reakcia bude v dynamickej rovnováhe, ak je reverzibilná a rýchlosti priamych a spätných reakcií sú rovnaké. Povedzme napríklad, že pripravíte roztok, ktorý je nasýtený vodným roztokom NaCl. Ak potom pridáte tuhé kryštály NaCl, NaCl sa bude súčasne rozpúšťať a rekryštalizovať v roztoku. Reakcia, NaCl(s) ⇌ Na⁺(aq) + Cl^-(aq), bude v dynamickej rovnováhe, keď sa rýchlosť rozpúšťania NaCl rovná rýchlosti rekryštalizácie.

pyspark sql

Ďalším príkladom dynamickej rovnováhy jeNIE₂(g) + CO (g) ⇌ NO (g) + CO₂g) (opäť, pokiaľ sú tieto dve sadzby rovnaké). Oxid dusičitý (NIE₂) reaguje s oxidom uhoľnatým (CO) za vzniku oxidu dusíka (NO) a oxidu uhličitého (CO₂), a v reverznej reakcii oxid dusíka a oxid uhličitý reagujú za vzniku oxidu dusičitého a oxidu uhoľnatého.

Ak pozorujete reakciu, môžete povedať, že nie je v dynamickej rovnováhe, ak vidíte zmeny vyskytujúce sa v množstvách reaktantov alebo produktov. (Ak nevidíte žiadne zmeny, nezaručuje to, že je v dynamickej rovnováhe, pretože môže byť v statickej rovnováhe alebo zmeny môžu byť príliš malé na to, aby ich bolo možné vidieť voľným okom.)

Príklad rovnice, ktorá nikdy nemôže byť v dynamickej rovnováhe, je: 4 Fe(s) + 6 H₂O(l)+30₂ (g) → 4 Fe(OH)³(s). Toto je rovnica pre vznik hrdze. Vidíme, že nikdy nebude v dynamickej rovnováhe, pretože šípka reakcie ide len jedným smerom (to je dôvod, prečo sa hrdzavé auto samo od seba znova neleskne).

Pre toto auto neexistuje žiadna dynamická rovnováha!

Dynamická rovnováha vs statická rovnováha

Ak pozorujete reakcie pri dynamickej rovnováhe a reakcie pri statickej rovnováhe, ani v jednom z nich nenastanú viditeľné zmeny a bude to vyzerať, že sa nič nedeje. Reakcie pri statickej rovnováhe sú však v skutočnosti veľmi odlišné od reakcií pri dynamickej rovnováhe.

Statická rovnováha (známa aj ako mechanická rovnováha) je stav, keď sa reakcia zastaví a medzi reaktantmi a produktmi nedochádza k žiadnemu pohybu. Reakcia je dokončená a rýchlosť priamej aj spätnej reakcie je 0.

Zatiaľ čo reakcie pri dynamickej rovnováhe sú reverzibilné (môžu prebiehať v oboch smeroch), reakcie pri statickej rovnováhe sú nezvratné a môžu prebiehať iba jedným smerom. Dynamická rovnováha aj statická rovnováha sú však príkladmi systémov v rovnovážnom stave, v ktorých je čisté silové pôsobenie na systémy nulové.

Nižšie je uvedený graf znázorňujúci kľúčové rozdiely medzi dynamickou a statickou rovnováhou.

Ako súvisí dynamická rovnováha s rýchlostnými konštantami?

Keď je reakcia v dynamickej rovnováhe, reakcia bude mať špecifickú rýchlostnú konštantu, známu ako rovnovážna konštanta, aleboK_ekv.

Rovnovážna konštanta alebo rýchlostná konštanta je koeficient, ktorý ukazuje reakčný kvocient (alebo relatívne množstvá produktov a reaktantov v reakcii v danom časovom bode), keď je reakcia v rovnováhe. Hodnota rovnovážnej konštanty vám povie relatívne množstvo produktu a reaktantu v rovnováhe.

Ak K_ekvje >1000, v rovnováhe bude väčšinou produkt.

Ak K_ekvje medzi 0,001 a 1000, v rovnováhe bude významné množstvo produktu aj reaktantu.

Ak K_ekvje<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.

Za reakciu a A + b B⇌ c C+ d D, A a B predstavujú reaktanty a C a D predstavujú produkty.

Rovnováha pre rovnovážnu konštantu je K_ekv=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b.

Príklad

Vezmite reakciu N₂(g) + 0₂(g) = 2NO (g).

Pomocou rovnice pre rovnovážnu konštantu K_ekvrovná sa [NIE]²/[N₂][O₂]. Buď by ste nechali rovnicu takto, alebo ak dostanete rovnovážne koncentrácie/rovnovážnu konštantu, môžete ich zapojiť, aby ste našli chýbajúce hodnoty.

Povedzme, že poznáme koncentrácie oboch[N₂] a [O₂] = 0,15 M a koncentrácia [NO] je 1,1 M.

Zapojením týchto hodnôt získate:K_ekv= (1.1)²/(.15)(.15) alebo 1.21/.0225.

Môžete vyriešiť a zistiť, že K_ekv=53,8.

Od rK_ekvje medzi 0,001 a 1 000, bude tam významné množstvo NO, O₂a N₂v rovnováhe.

Zhrnutie: Čo je dynamická rovnováha?

Aká je najlepšia definícia dynamickej rovnováhy? Dynamická rovnováha nastane, keď sa pri reverzibilnej reakcii rýchlosť priamej reakcie rovná rýchlosti spätnej reakcie. Keďže sú tieto dve rýchlosti rovnaké, zdá sa, že sa nič nedeje, ale v skutočnosti reakcia neustále prebieha stabilnou rýchlosťou.

Naopak, reakcie v stabilnej rovnováhe sú úplné a neprebieha žiadna ďalšia reakcia.

Rovnováha pre rovnovážnu konštantu jeK_ekv=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b.

Čo bude ďalej?

Píšete výskumnú prácu do školy, ale neviete, o čom písať? Náš sprievodca výskumnými papierovými témami má viac ako 100 tém v desiatich kategóriách, takže si môžete byť istí, že nájdete tú správnu tému pre vás.

počítať zreteľne

Chcete vedieť najrýchlejšie a najjednoduchšie spôsoby prevodu medzi stupňami Fahrenheita a Celzia? Zabezpečili sme vás! Pozrite si nášho sprievodcu najlepšími spôsobmi prevodu stupňov Celzia na stupne Fahrenheita (alebo naopak).

Učíte sa na hodine vedy o oblakoch? Získajte pomoc pri identifikácii rôzne druhy oblakov s naším odborným sprievodcom.