Das dynamische Gleichgewicht ist ein wichtiges Konzept in der Chemie. Aber was genau ist dynamisches Gleichgewicht? Wie kann etwas dynamisch und zugleich im Gleichgewicht sein? Lesen Sie weiter, um die beste Definition des dynamischen Gleichgewichts, gängige Beispiele für dynamisches Gleichgewicht und die Tatsache zu erfahren, dass dynamisches und statisches Gleichgewicht zwar gleich aussehen, sich aber tatsächlich stark unterscheiden.
Was ist dynamisches Gleichgewicht?
Chemische Reaktionen können entweder in beide Richtungen (vorwärts und rückwärts) oder nur in eine Richtung ablaufen. Reaktionen, die in zwei Richtungen verlaufen, werden als reversible Reaktionen bezeichnet. und Sie können sie an den Pfeilen erkennen, die in zwei Richtungen verlaufen, wie im Beispiel unten.
H2O(l) ⇌ H+(aq) + OH-(aq)
Dynamisches Gleichgewicht tritt nur bei reversiblen Reaktionen auf und Dies ist der Fall, wenn die Geschwindigkeit der Vorwärtsreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion ist. Diese Gleichungen sind dynamisch, da die Vorwärts- und Rückreaktionen immer noch stattfinden, die beiden Geschwindigkeiten jedoch gleich und unveränderlich sind, sodass sie sich ebenfalls im Gleichgewicht befinden.
Das dynamische Gleichgewicht ist ein Beispiel für ein System im stationären Zustand. Dies bedeutet, dass sich die Variablen in der Gleichung im Laufe der Zeit nicht ändern (da die Reaktionsgeschwindigkeiten gleich sind). Wenn Sie eine Reaktion im dynamischen Gleichgewicht betrachten, sieht es so aus, als würde nichts passieren, da die Konzentrationen jeder Substanz konstant bleiben. Allerdings kommt es tatsächlich kontinuierlich zu Reaktionen.
Dynamisches Gleichgewicht tritt jedoch nicht nur in Chemielaboren auf; Sie haben jedes Mal, wenn Sie eine Limonade getrunken haben, ein Beispiel für ein dynamisches Gleichgewicht erlebt. In einer verschlossenen Limonadenflasche ist Kohlendioxid sowohl in der flüssigen/wässrigen Phase als auch in der gasförmigen Phase (Blasen) vorhanden. Die beiden Phasen des Kohlendioxids befinden sich in der verschlossenen Limonadenflasche im dynamischen Gleichgewicht, da sich das gasförmige Kohlendioxid mit der gleichen Geschwindigkeit in die flüssige Form auflöst, mit der die flüssige Form des Kohlendioxids wieder in seine gasförmige Form umgewandelt wird.
Die Gleichung sieht so aus: CÖ2(g) ⇌ CÖ2(aq).
Eine Änderung der Temperatur, des Drucks oder der Konzentration einer Reaktion kann das Gleichgewicht einer Gleichung verschieben und sie aus dem dynamischen Gleichgewicht bringen. Wenn Sie eine Getränkedose öffnen und sie längere Zeit stehen lassen, wird sie daher irgendwann „platt“ und es bilden sich keine Blasen mehr. Dies liegt daran, dass die Getränkedose kein geschlossenes System mehr ist und das Kohlendioxid mit der Atmosphäre interagieren kann. Dadurch gerät es aus dem dynamischen Gleichgewicht und gibt die gasförmige Form von Kohlendioxid frei, bis keine Blasen mehr vorhanden sind.
Beispiele für dynamisches Gleichgewicht
Jede Reaktion befindet sich im dynamischen Gleichgewicht, wenn sie reversibel ist und die Geschwindigkeit der Vorwärts- und Rückreaktion gleich ist. Angenommen, Sie bereiten eine Lösung vor, die mit einer wässrigen NaCl-Lösung gesättigt ist. Wenn Sie dann feste NaCl-Kristalle hinzufügen, löst sich das NaCl gleichzeitig in der Lösung auf und kristallisiert neu. Die Reaktion: NaCl(s) ⇌ Na+(aq) + Cl-(aq) befindet sich im dynamischen Gleichgewicht, wenn die Auflösungsgeschwindigkeit des NaCl gleich der Rekristallisationsgeschwindigkeit ist.
b+ Bäume
Ein weiteres Beispiel für dynamisches Gleichgewicht istNEIN2(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + CÖ2(g) (wiederum, solange die beiden Sätze gleich sind). Stickstoffdioxid (NEIN2) reagiert mit Kohlenmonoxid (CO) zu Stickoxid (NO) und Kohlendioxid (C).Ö2), und in der Rückreaktion reagieren Stickoxid und Kohlendioxid zu Stickstoffdioxid und Kohlenmonoxid.
Wenn Sie eine Reaktion beobachten, können Sie erkennen, dass sie sich nicht im dynamischen Gleichgewicht befindet, wenn Sie Änderungen in der Menge der Reaktanten oder Produkte beobachten können. (Wenn Sie keine Änderungen sehen können, ist das keine Garantie dafür, dass sich ein dynamisches Gleichgewicht befindet, da es sich möglicherweise um ein statisches Gleichgewicht handelt oder die Änderungen möglicherweise zu gering sind, um sie mit bloßem Auge zu erkennen.)
Ein Beispiel für eine Gleichung, die niemals im dynamischen Gleichgewicht sein könnte, ist: 4 Fe(s) + 6 H2O(l) +3O2 (g) → 4 Fe(OH)3(S). Dies ist eine Gleichung für die Entstehung von Rost. Wir können sehen, dass es nie im dynamischen Gleichgewicht sein wird, weil der Pfeil für die Reaktion nur in eine Richtung geht (Deshalb wird ein verrostetes Auto nicht von alleine wieder glänzen.)
Für dieses Auto gibt es kein dynamisches Gleichgewicht!
Dynamisches Gleichgewicht vs. statisches Gleichgewicht
Wenn Sie Reaktionen im dynamischen Gleichgewicht und Reaktionen im statischen Gleichgewicht beobachten, treten keine sichtbaren Änderungen auf, und es sieht so aus, als ob nichts passiert. Tatsächlich unterscheiden sich die Reaktionen im statischen Gleichgewicht jedoch stark von denen im dynamischen Gleichgewicht.
Statisches Gleichgewicht (auch mechanisches Gleichgewicht genannt) liegt vor, wenn die Reaktion gestoppt ist und zwischen den Reaktanten und Produkten überhaupt keine Bewegung stattfindet. Die Reaktion ist abgeschlossen und die Vorwärts- und Rückwärtsreaktionsgeschwindigkeit beträgt jeweils 0.
Während Reaktionen im dynamischen Gleichgewicht reversibel sind (in beide Richtungen ablaufen können), sind Reaktionen im statischen Gleichgewicht irreversibel und können nur in eine Richtung ablaufen. Allerdings sind sowohl das dynamische als auch das statische Gleichgewicht Beispiele für Systeme im stationären Zustand. bei dem die Nettokraftwirkung auf die Systeme Null ist.
Nachfolgend finden Sie eine Tabelle, die die wichtigsten Unterschiede zwischen dynamischem und statischem Gleichgewicht zeigt.
| Dynamisches Gleichgewicht | Statisches Gleichgewicht Apurva Padgaonkar |
| Reversibel | Irreversibel |
| Die Reaktion findet immer noch statt | Die Reaktion ist gestoppt binäre Suche |
| Geschwindigkeit der Vorwärtsreaktion = Geschwindigkeit der Rückreaktion | Beide Reaktionsgeschwindigkeiten sind Null |
| Tritt in einem geschlossenen System auf | Kann in einem offenen oder geschlossenen System auftreten |
Wie hängt das dynamische Gleichgewicht mit Geschwindigkeitskonstanten zusammen?
Wenn sich eine Reaktion im dynamischen Gleichgewicht befindet, hat die Reaktion eine bestimmte Geschwindigkeitskonstante, die als Gleichgewichtskonstante oder bekannt istKGl.
Die Gleichgewichtskonstante oder Geschwindigkeitskonstante ist ein Koeffizient, der den Reaktionsquotienten (oder die relativen Mengen an Produkten und Reaktanten in der Reaktion zu einem bestimmten Zeitpunkt) angibt, wenn sich die Reaktion im Gleichgewicht befindet. Der Wert der Gleichgewichtskonstante gibt Aufschluss über die relativen Produkt- und Reaktantenmengen im Gleichgewicht.
Wenn KGl> 1000, im Gleichgewicht liegt größtenteils Produkt vor.
Wenn KGlliegt zwischen 0,001 und 1000, im Gleichgewicht wird es eine signifikante Menge sowohl des Produkts als auch des Reaktanten geben.
Wenn KGlIst<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.
Für die Reaktion A A + B B⇌ C C+ D D, A und B repräsentieren die Reaktanten und C und D repräsentieren die Produkte.
Die Gleichung für die Gleichgewichtskonstante lautet KGl=[C]C[D]D/[A]A[B]B.
Beispiel
Nehmen Sie die Reaktion N2(g)+O2(g)⇋2NO(g).
Unter Verwendung der Gleichung für die Gleichgewichtskonstante KGlist gleich [NICHT]2/[N2][Ö2]. Sie würden die Gleichung entweder so belassen oder, wenn Ihnen Gleichgewichtskonzentrationen/Gleichgewichtskonstanten vorliegen, diese einsetzen, um fehlende Werte zu finden.
Angenommen, wir kennen die Konzentrationen beider[N2] Und [Ö2]=.15 M und die Konzentration von [NO] beträgt 1,1 M.
Wenn Sie diese Werte eingeben, erhalten Sie Folgendes:KGl= (1.1)2/(.15)(.15) oder 1,21/.0225.
Sie können K lösen und findenGl=53,8.
Volladdiererschaltung
SeitKGlliegt zwischen 0,001 und 1000, wird jeweils eine erhebliche Menge an NO und O vorhanden sein2, und N2im Gleichgewicht.
Zusammenfassung: Was ist dynamisches Gleichgewicht?
Was ist die beste Definition des dynamischen Gleichgewichts? Ein dynamisches Gleichgewicht liegt vor, wenn bei einer reversiblen Reaktion die Geschwindigkeit der Vorwärtsreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion ist. Da die beiden Geschwindigkeiten gleich sind, sieht es so aus, als würde nichts passieren, aber in Wirklichkeit läuft die Reaktion kontinuierlich mit stabiler Geschwindigkeit ab.
Im Gegensatz dazu sind Reaktionen im stabilen Gleichgewicht abgeschlossen und es findet keine weitere Reaktion statt.
Die Gleichung für die Gleichgewichtskonstante lautetKGl=[C]C[D]D/[A]A[B]B.
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