Dynamisk ligevægt er et vigtigt begreb i kemi. Men hvad er dynamisk ligevægt helt præcist? Hvordan kan noget være dynamisk, men også i ligevægt? Fortsæt med at læse for at lære den bedste dynamiske ligevægtsdefinition, almindelige dynamiske ligevægtseksempler, og hvordan dynamisk og statisk ligevægt kan se ens ud, men i virkeligheden er meget forskellige.

Hvad er dynamisk ligevægt?

Kemiske reaktioner kan enten gå i begge retninger (frem og tilbage) eller kun i én retning. De, der går i to retninger, er kendt som reversible reaktioner, og du kan identificere dem ved at pilene går i to retninger, som eksemplet nedenfor.

H2O(l) ⇌ H⁺(vandig) + OH^-(aq)

Dynamisk ligevægt opstår kun i reversible reaktioner, og det er, når hastigheden af ​​den fremadrettede reaktion er lig med hastigheden af ​​den omvendte reaktion. Disse ligninger er dynamiske, fordi de fremadrettede og omvendte reaktioner stadig forekommer, men de to hastigheder er lige store og uændrede, så de er også i ligevægt.

Dynamisk ligevægt er et eksempel på et system i en stabil tilstand. Dette betyder, at variablerne i ligningen er uændrede over tid (da reaktionshastighederne er ens). Hvis du ser på en reaktion i dynamisk ligevægt, vil det se ud til, at der ikke sker noget, da koncentrationerne af hvert stof forbliver konstante. Reaktioner forekommer dog faktisk konstant.

Dynamisk ligevægt forekommer dog ikke kun i kemi-laboratorier; du har været vidne til et dynamisk ligevægtseksempel, hver gang du har fået en sodavand. I en forseglet flaske sodavand er kuldioxid til stede i både den flydende/vandige fase og den gasformige fase (bobler). De to faser af kuldioxid er i dynamisk ligevægt inde i den forseglede sodavandsflaske, da den gasformige kuldioxid opløses i flydende form med samme hastighed, som den flydende form af kuldioxid omdannes tilbage til sin gasform.

Ligningen ser således ud: CO₂(g) ⇌ CO₂(aq).

Ændring af temperaturen, trykket eller koncentrationen af ​​en reaktion kan flytte ligevægten i en ligning og slå den ud af dynamisk ligevægt. Det er derfor, hvis du åbner en sodavandsdåse og lader den stå ude i lang tid, vil den til sidst blive 'flad', og der vil ikke være flere bobler. Dette skyldes, at sodavandsdåsen ikke længere er et lukket system, og kuldioxiden kan interagere med atmosfæren. Dette flytter det ud af dynamisk ligevægt og frigiver den gasformige form af kuldioxid, indtil der ikke er flere bobler.

Eksempler på dynamisk ligevægt

Enhver reaktion vil være i dynamisk ligevægt, hvis den er reversibel, og hastighederne for de fremadrettede og omvendte reaktioner er ens. Sig for eksempel, at du tilbereder en opløsning, der er mættet med en vandig opløsning af NaCl. Hvis du derefter tilføjer faste krystaller af NaCl, vil NaCl samtidig opløses og omkrystallisere i opløsningen. Reaktionen, NaCl(er) ⇌ Na⁺(aq) + Cl^-(aq), vil være i dynamisk ligevægt, når opløsningshastigheden af ​​NaCl er lig med omkrystallisationshastigheden.

c++ par

Et andet eksempel på dynamisk ligevægt erINGEN₂(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + CO₂(g) (igen, så længe de to satser er ens). nitrogendioxid (INGEN₂) reagerer med kulilte (CO) for at danne nitrogenoxid (NO) og kuldioxid (CO₂), og i den omvendte reaktion reagerer nitrogenoxid og carbondioxid for at danne nitrogendioxid og carbonmonoxid.

Hvis du observerer en reaktion, kan du se, at den ikke er i dynamisk ligevægt, hvis du kan se ændringer i mængden af ​​reaktanter eller produkter. (Hvis du ikke kan se nogen ændringer, garanterer det ikke, at det er i dynamisk ligevægt, da det kan være i statisk ligevægt, eller ændringerne kan være for små til at se med det blotte øje.)

Et eksempel på en ligning, der aldrig kunne være i dynamisk ligevægt, er: 4 Fe(s) + 6 H₂O(l)+3O₂ (g) → 4 Fe(Åh)³(s). Dette er en ligning for dannelsen af ​​rust. Vi kan se, at det aldrig vil være i dynamisk ligevægt, fordi pilen for reaktionen kun går én vej (hvilket er grunden til, at en rusten bil ikke bliver skinnende igen af ​​sig selv).

Der er ingen dynamisk ligevægt for denne bil!

Dynamisk ligevægt vs statisk ligevægt

Hvis du observerer reaktioner ved dynamisk ligevægt og reaktioner ved statisk ligevægt, vil ingen af ​​dem have synlige ændringer, og det vil se ud som om, der ikke sker noget. Imidlertid er reaktioner ved statisk ligevægt faktisk meget forskellige fra dem ved dynamisk ligevægt.

Statisk ligevægt (også kendt som mekanisk ligevægt) er, når reaktionen er stoppet, og der overhovedet ikke er nogen bevægelse mellem reaktanterne og produkterne. Reaktionen er fuldstændig, og fremadgående og tilbagegående reaktionshastigheder er begge 0.

Mens reaktioner ved dynamisk ligevægt er reversible (kan fortsætte i begge retninger), er reaktioner ved statisk ligevægt irreversible og kan kun fortsætte i én retning. Men både dynamisk ligevægt og statisk ligevægt er eksempler på systemer i steady state, hvor nettokraftpåvirkningen på systemerne er nul.

Nedenfor er et diagram, der viser de vigtigste forskelle mellem dynamisk og statisk ligevægt.

Hvordan hænger dynamisk ligevægt sammen med ratekonstanter?

Når en reaktion er i dynamisk ligevægt, vil reaktionen have en specifik hastighedskonstant, kendt som ligevægtskonstanten, ellerK_lign.

Ligevægtskonstanten eller hastighedskonstanten er en koefficient, der viser reaktionskvotienten (eller de relative mængder af produkter og reaktanter i reaktionen på et givet tidspunkt), når reaktionen er i ligevægt. Værdien af ​​ligevægtskonstanten vil fortælle dig de relative mængder af produkt og reaktant ved ligevægt.

Hvis K_ligner >1000, vil der ved ligevægt være mest produkt.

Hvis K_ligner mellem 0,001 og 1000, vil der ved ligevægt være en betydelig mængde af både produkt og reaktant.

Hvis K_ligner<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.

For reaktionen -en A + b B⇌ c C+ d D, A og B repræsenterer reaktanterne, og C og D repræsenterer produkterne.

Ligningen for ligevægtskonstanten er K_lign=[C]^c[D]^d/[EN]^-en[B]^b.

Eksempel

Tag reaktionen N₂(g)+O₂(g)⇋2NO(g).

Ved at bruge ligningen for ligevægtskonstanten, K_ligner lig med [IKKE]²/[N₂][O₂]. Du ville enten lade ligningen være sådan her, eller hvis du får ligevægtskoncentrationer/ligevægtskonstanten, kan du tilslutte dem for at finde eventuelle manglende værdier.

Sig, at vi kender koncentrationerne af begge[N₂] og [O₂]=.15 M og koncentrationen af ​​[NO] er 1,1 M.

statisk java

Hvis du tilslutter disse værdier, får du:K_lign= (1.1)²/(.15)(.15) eller 1.21/.0225.

Du kan løse og finde ud af, at K_lign=53,8.

SidenK_ligner mellem 0,001 og 1000, vil der være en betydelig mængde hver af NO, O₂og N₂i ligevægt.

Sammenfatning: Hvad er dynamisk ligevægt?

Hvad er den bedste dynamiske ligevægtsdefinition? Dynamisk ligevægt opstår, når hastigheden af ​​den fremadrettede reaktion for en reversibel reaktion er lig med hastigheden af ​​den omvendte reaktion. Da de to hastigheder er ens, ser det ud til, at der ikke sker noget, men i virkeligheden sker reaktionen kontinuerligt med dens stabile hastighed.

I modsætning hertil er reaktioner ved stabil ligevægt fuldstændige, og der sker ingen yderligere reaktion.

Ligningen for ligevægtskonstanten erK_lign=[C]^c[D]^d/[EN]^-en[B]^b.

Hvad er det næste?

Skriver du en forskningsopgave til skolen, men er du i tvivl om, hvad du skal skrive om? Vores guide til forskning i papiremner har over 100 emner i ti kategorier, så du kan være sikker på at finde det perfekte emne til dig.

Vil du vide de hurtigste og nemmeste måder at konvertere mellem Fahrenheit og Celsius? Vi har dig dækket! Se vores guide til de bedste måder at konvertere Celsius til Fahrenheit (eller omvendt).

Studerer du skyer i din naturfagsklasse? Få hjælp til at identificere forskellige typer skyer med vores ekspertguide.