Dynamisk jämvikt är ett viktigt begrepp inom kemi. Men vad är dynamisk jämvikt egentligen? Hur kan något vara dynamiskt men också i jämvikt? Fortsätt läsa för att lära dig den bästa dynamiska jämviktsdefinitionen, vanliga dynamiska jämviktsexempel och hur dynamisk och statisk jämvikt kan se likadana ut men är i själva verket väldigt olika.

Vad är dynamisk jämvikt?

Kemiska reaktioner kan antingen gå i båda riktningarna (framåt och bakåt) eller bara i en riktning. De som går i två riktningar kallas reversibla reaktioner, och du kan identifiera dem genom att pilarna går i två riktningar, som exemplet nedan.

H2O(l) ⇌ H⁺(aq) + OH^-(aq)

Dynamisk jämvikt uppstår endast i reversibla reaktioner, och det är när hastigheten på den framåtriktade reaktionen är lika med hastigheten för den omvända reaktionen. Dessa ekvationer är dynamiska eftersom framåt- och bakåtreaktionerna fortfarande förekommer, men de två hastigheterna är lika och oföränderliga, så de är också i jämvikt.

Dynamisk jämvikt är ett exempel på ett system i ett stabilt tillstånd. Detta betyder att variablerna i ekvationen är oförändrade över tiden (eftersom reaktionshastigheterna är lika). Om du tittar på en reaktion i dynamisk jämvikt kommer det att se ut som att ingenting händer eftersom koncentrationerna av varje ämne förblir konstanta. Men reaktioner sker faktiskt kontinuerligt.

Dynamisk jämvikt uppstår dock inte bara i kemilabb; du har sett ett dynamiskt jämviktsexempel varje gång du har tagit en läsk. I en förseglad läskflaska finns koldioxid både i vätske/vattenfas och gasfas (bubblor). De två faserna av koldioxid är i dynamisk jämvikt inuti den förseglade läskflaskan eftersom den gasformiga koldioxiden löses upp i flytande form i samma takt som den flytande formen av koldioxid omvandlas tillbaka till sin gasform.

Ekvationen ser ut så här: CO₂(g) ⇌ CO₂(aq).

Att ändra temperaturen, trycket eller koncentrationen av en reaktion kan förskjuta jämvikten i en ekvation och slå den ur dynamisk jämvikt. Det är därför, om du öppnar en läskburk och lämnar den ute en längre tid, så blir den så småningom 'platt' och det blir inga fler bubblor. Detta beror på att läskburken inte längre är ett slutet system och koldioxiden kan interagera med atmosfären. Detta flyttar den ur dynamisk jämvikt och frigör den gasformiga formen av koldioxid tills det inte finns fler bubblor.

Exempel på dynamisk jämvikt

Varje reaktion kommer att vara i dynamisk jämvikt om den är reversibel och hastigheterna för framåt- och bakåtreaktionerna är lika. Säg till exempel att du förbereder en lösning som är mättad med en vattenlösning av NaCl. Om du sedan tillsätter fasta kristaller av NaCl kommer NaCl samtidigt att lösas upp och omkristalliseras i lösningen. Reaktionen, NaCl(s) ⇌ Na⁺(aq) + Cl^-(aq), kommer att vara i dynamisk jämvikt när hastigheten för upplösningen av NaCl är lika med omkristallisationshastigheten.

normala former

Ett annat exempel på dynamisk jämvikt ärNEJ₂(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + CO₂(g) (igen, så länge de två kurserna är lika). Kvävedioxid (NEJ₂) reagerar med kolmonoxid (CO) för att bilda kväveoxid (NO) och koldioxid (CO₂), och i den omvända reaktionen reagerar kväveoxid och koldioxid för att bilda kvävedioxid och kolmonoxid.

Om du observerar en reaktion kan du se att den inte är i dynamisk jämvikt om du kan se förändringar i mängden reaktanter eller produkter. (Om du inte kan se några förändringar, garanterar det inte att det är i dynamisk jämvikt, eftersom det kan vara i statisk jämvikt eller förändringarna kan vara för små för att se med blotta ögat.)

Ett exempel på en ekvation som aldrig skulle kunna vara i dynamisk jämvikt är: 4 Fe(s) + 6 H₂O(l)+3O₂ (g) → 4 Fe(ÅH)³(s). Detta är en ekvation för bildandet av rost. Vi kan se att det aldrig kommer att vara i dynamisk jämvikt eftersom pilen för reaktionen bara går åt ett håll (vilket är anledningen till att en rostig bil inte blir blank igen av sig själv).

Det finns ingen dynamisk jämvikt för den här bilen!

Dynamisk jämvikt vs statisk jämvikt

Om du observerar reaktioner vid dynamisk jämvikt och reaktioner vid statisk jämvikt, kommer ingen av dem att ha synliga förändringar, och det kommer att se ut som att ingenting händer. Men reaktioner vid statisk jämvikt skiljer sig faktiskt mycket från dem vid dynamisk jämvikt.

Statisk jämvikt (även känd som mekanisk jämvikt) är när reaktionen har upphört och det inte finns någon rörelse alls mellan reaktanterna och produkterna. Reaktionen är fullständig och reaktionshastigheterna framåt och bakåt är båda 0.

Medan reaktioner vid dynamisk jämvikt är reversibla (kan fortsätta i endera riktningen), är de vid statisk jämvikt irreversibla och kan bara fortsätta i en riktning. Men både dynamisk jämvikt och statisk jämvikt är exempel på system i steady state, där nettokraftverkan på systemen är noll.

Nedan är ett diagram som visar de viktigaste skillnaderna mellan dynamisk och statisk jämvikt.

Hur hänger dynamisk jämvikt ihop med frekvenskonstanter?

När en reaktion är i dynamisk jämvikt kommer reaktionen att ha en specifik hastighetskonstant, känd som jämviktskonstanten, ellerK_ekv.

Jämviktskonstanten, eller hastighetskonstanten, är en koefficient som visar reaktionskvoten (eller de relativa mängderna av produkter och reaktanter i reaktionen vid en given tidpunkt) när reaktionen är i jämvikt. Värdet på jämviktskonstanten kommer att berätta för dig de relativa mängderna av produkt och reaktant vid jämvikt.

Om K_ekvär >1000, vid jämvikt kommer det att finnas mest produkt.

Om K_ekvär mellan 0,001 och 1000, vid jämvikt kommer det att finnas en betydande mängd av både produkt och reaktant.

Om K_ekvär<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.

För reaktionen a A + b B⇌ c C+ d D, A och B representerar reaktanterna och C och D representerar produkterna.

Ekvationen för jämviktskonstanten är K_ekv=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b.

Exempel

Ta reaktionen N₂(g)+O₂(g)⇋2NO(g).

Med hjälp av ekvationen för jämviktskonstanten, K_ekvär lika med [INTE]²/[N₂][O₂]. Du skulle antingen lämna ekvationen så här, eller, om du får jämviktskoncentrationer/jämviktskonstanten, kan du koppla in dem för att hitta eventuella saknade värden.

Säg att vi känner till koncentrationerna av båda[N₂] och [O₂]=.15 M och koncentrationen av [NO] är 1,1 M.

java sträng trim

Att koppla in dessa värden skulle ge dig:K_ekv= (1.1)²/(.15)(.15) eller 1.21/.0225.

Du kan lösa och hitta att K_ekv=53,8.

EftersomK_ekvär mellan 0,001 och 1000, kommer det att finnas en betydande mängd vardera av NO, O₂, och n₂vid jämvikt.

Sammanfattning: Vad är dynamisk jämvikt?

Vilken är den bästa dynamiska jämviktsdefinitionen? Dynamisk jämvikt uppstår när, för en reversibel reaktion, hastigheten på den framåtriktade reaktionen är lika med hastigheten för den omvända reaktionen. Eftersom de två hastigheterna är lika ser det ut som att ingenting händer, men i verkligheten sker reaktionen kontinuerligt med sin stabila hastighet.

Däremot är reaktioner vid stabil jämvikt fullständiga och ingen ytterligare reaktion sker.

Ekvationen för jämviktskonstanten ärK_ekv=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b.

Vad kommer härnäst?

Skriver du ett forskningsuppsats för skolan men är inte säker på vad du ska skriva om? Vår guide till forskningspappersämnen har över 100 ämnen i tio kategorier så att du kan vara säker på att hitta det perfekta ämnet för dig.

Vill du veta de snabbaste och enklaste sätten att konvertera mellan Fahrenheit och Celsius? Vi har dig täckt! Kolla in vår guide till de bästa sätten att konvertera Celsius till Fahrenheit (eller tvärtom).

Studerar du moln i din naturvetenskapsklass? Få hjälp att identifiera olika typer av moln med vår expertguide.