動的平衡は化学における重要な概念です。 しかし、動的平衡とは正確には何でしょうか? 何かが動的でありながら平衡状態になるにはどうすればよいでしょうか?読み続けて、最適な動的平衡の定義、一般的な動的平衡の例、動的平衡と静的平衡が同じように見えて実際には大きく異なることを学びましょう。

動的平衡とは何ですか?

化学反応は両方向 (順方向と逆方向) に進行することも、一方向にのみ進行することもあります。 両方向に進行する反応は可逆反応として知られています。 以下の例のように、2 方向に向かう矢印によってそれらを識別できます。

H2O(l)⇌H⁺(aq) + OH^-(aq)

動的平衡は可逆反応でのみ発生します。 それは、順反応の速度が逆反応の速度と等しいときです。 これらの方程式は、順反応と逆反応がまだ発生しているため動的ですが、2 つの反応速度は等しく変化しないため、平衡状態にもあります。

動的平衡は、定常状態にあるシステムの一例です。これは、方程式内の変数が時間の経過とともに変化しないことを意味します (反応速度が等しいため)。動的平衡状態での反応を見ると、各物質の濃度は一定であるため、何も起こっていないように見えます。しかし、実際には反応は継続的に起こっています。

ただし、動的平衡は化学実験室でのみ発生するわけではありません。 ソーダを飲むたびに、動的平衡の例を目撃したことになるでしょう。 密封されたソーダ瓶の中では、二酸化炭素が液相/水相と気相 (泡) の両方に存在します。液体の二酸化炭素が気体に戻るのと同じ速度で気体状の二酸化炭素が液体に溶解するため、密閉されたソーダボトル内では二酸化炭素の 2 相が動的平衡状態にあります。

方程式は次のようになります: C○₂(g)⇌C○₂(aq)。

反応の温度、圧力、または濃度を変更すると、方程式の平衡が変化し、動的平衡から外れる可能性があります。 炭酸飲料の缶を開けて長時間放置しておくと、最終的には「平ら」になり、泡ができなくなるのはこのためです。これは、ソーダ缶が閉鎖系ではなくなり、二酸化炭素が大気と相互作用する可能性があるためです。これにより、動的平衡状態から外れ、気泡がなくなるまで二酸化炭素のガス状が放出されます。

動的平衡の例

可逆的であり、順反応と逆反応の速度が等しい場合、あらゆる反応は動的平衡状態にあります。 たとえば、NaCl 水溶液で飽和した溶液を準備するとします。次に、NaCl の固体結晶を加えると、NaCl は溶液内で溶解と再結晶を同時に行います。反応、NaCl(s) ⇌ Na⁺(水) + Cl^-NaCl の溶解速度が再結晶速度と等しい場合、(aq) は動的平衡になります。

バーティ・ジャ

動的平衡の別の例は次のとおりです。いいえ₂(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + C○₂(g) (これも 2 つのレートが等しい限り)。二酸化窒素 （いいえ₂) 一酸化炭素 (CO) と反応して窒素酸化物 (NO) と二酸化炭素 (C○₂)、そして逆反応では、窒素酸化物と二酸化炭素が反応して二酸化窒素と一酸化炭素を形成します。

反応を観察している場合、反応物または生成物の量に変化が見られれば、動的平衡ではないことがわかります。 (変化が見られない場合でも、それが動的平衡であることは保証されません。静的平衡にあるか、変化が小さすぎて肉眼で確認できない可能性があるためです。)

動的平衡に決してならない方程式の例は次のとおりです: 4 Fe(s) + 6 H₂O(l) +3O₂ (g) → 4 Fe(おお)³(s)。これは錆の発生の方程式です。 反応の矢印は一方向にしか進まないため、動的平衡には決してならないことがわかります。 （錆びた車が自然にピカピカになることはないのはこのためです）。

この車には動的平衡がありません。

動的平衡と静的平衡

動的平衡での反応と静的平衡での反応を観察すると、どちらも目に見える変化は発生せず、何も起こっていないように見えます。しかし、実際には、静的平衡における反応は動的平衡における反応とは大きく異なります。

静的平衡 (機械的平衡とも呼ばれます) は、反応が停止し、反応物と生成物の間に動きがまったくない状態です。 反応は完了しており、正反応速度と逆反応速度は両方とも 0 です。

動的平衡における反応は可逆的（どちらの方向にも進むことができます）ですが、静的平衡における反応は不可逆的であり、一方向にのみ進むことができます。 ただし、動的平衡と静的平衡はどちらも定常状態のシステムの例であり、 この場合、システムに対する正味の力の作用はゼロになります。

以下は、動的平衡と静的平衡の主な違いを示すグラフです。

動的平衡はレート定数とどのように関係しますか?

反応が動的平衡にある場合、反応には平衡定数として知られる特定の速度定数が存在します。K_等価。

平衡定数または速度定数は、反応が平衡にあるときの反応商 (または、特定の時点での反応における生成物と反応物の相対量) を示す係数です。 平衡定数の値は、平衡時の生成物と反応物の相対量を示します。

Kの場合_等価>1000 の場合、平衡状態ではほとんどが生成物になります。

Kの場合_等価が .001 ～ 1000 の場合、平衡状態では生成物と反応物の両方が大量に存在します。

Kの場合_等価は<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.

反応については ある A+ b B⇌ c C+ d D、A、B は反応物を表し、C と D は生成物を表します。

平衡定数の方程式は次のとおりです。 K_等価=[C]^c[D]^d/[A]^ある[B]^b。

例

反応Nを取る₂(g)+O₂(g)⇋2NO(g)。

平衡定数 K の式を使用する_等価に等しい [ない]²/[N₂][お₂]。 方程式をこのままにするか、平衡濃度/平衡定数が与えられている場合は、それらを代入して欠損値を見つけることができます。

両方の濃度がわかっているとします。[N₂] そして [○₂]=.15 M、[NO] の濃度は 1.1 M です。

これらの値を代入すると、次のようになります。K_等価= (1.1)²/(.15)(.15) または 1.21/.0225。

K を解いて見つけることができます。_等価=53.8。

Javaラムダ

以来K_等価が .001 ～ 1000 の場合、NO、O がそれぞれかなりの量になります。₂、N₂平衡状態で。

要約: 動的平衡とは何ですか?

最適な動的平衡の定義は何ですか?動的平衡は、可逆反応の場合、順反応の速度が逆反応の速度と等しいときに発生します。 2 つの反応速度が等しいため、何も起こっていないように見えますが、実際には反応は安定した速度で継続的に発生しています。

対照的に、安定した平衡状態での反応は完了し、それ以上の反応は起こりません。

平衡定数の方程式は次のとおりです。K_等価=[C]^c[D]^d/[A]^ある[B]^b。

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