التوازن الديناميكي هو مفهوم مهم في الكيمياء. ولكن ما هو التوازن الديناميكي بالضبط؟ كيف يمكن لشيء ما أن يكون ديناميكيًا ولكن أيضًا في حالة توازن؟ استمر في القراءة لتتعلم أفضل تعريف للتوازن الديناميكي، وأمثلة التوازن الديناميكي الشائعة، وكيف قد يبدو التوازن الديناميكي والثابت متماثلين ولكنهما في الواقع مختلفان تمامًا.
ما هو التوازن الديناميكي؟
التفاعلات الكيميائية يمكن أن تسير في كلا الاتجاهين (للأمام والخلف) أو في اتجاه واحد فقط. تُعرف التفاعلات التي تسير في اتجاهين بالتفاعلات العكسية، ويمكنك التعرف عليهم من خلال الأسهم التي تتحرك في اتجاهين، مثل المثال أدناه.
H2O(ل) ⇌ ح+(أق) + أوه-(أق)
يحدث التوازن الديناميكي فقط في التفاعلات العكسية، و وذلك عندما يكون معدل التفاعل الأمامي مساويًا لمعدل التفاعل العكسي. هذه المعادلات ديناميكية لأن التفاعلات الأمامية والعكسية لا تزال تحدث، لكن المعدلين متساويان وغير متغيرين، لذا فهما في حالة توازن أيضًا.
التوازن الديناميكي هو مثال لنظام في حالة مستقرة. وهذا يعني أن المتغيرات في المعادلة لا تتغير بمرور الوقت (نظرًا لأن معدلات التفاعل متساوية). إذا نظرت إلى التفاعل في حالة توازن ديناميكي، فسيبدو كما لو لم يحدث شيء نظرًا لأن تركيزات كل مادة تظل ثابتة. ومع ذلك، فإن ردود الفعل تحدث في الواقع بشكل مستمر.
لكن التوازن الديناميكي لا يحدث فقط في مختبرات الكيمياء؛ لقد شهدت مثالًا على التوازن الديناميكي في كل مرة تتناول فيها مشروبًا غازيًا. في زجاجة الصودا المغلقة، يوجد ثاني أكسيد الكربون في كل من الطور السائل/المائي والطور الغازي (الفقاعات). تكون مرحلتا ثاني أكسيد الكربون في حالة توازن ديناميكي داخل زجاجة الصودا المغلقة، حيث يذوب ثاني أكسيد الكربون الغازي في الصورة السائلة بنفس المعدل الذي يتم به تحويل الصورة السائلة لثاني أكسيد الكربون مرة أخرى إلى صورته الغازية.
تبدو المعادلة كما يلي: جيا2(ز) ⇌ جيا2(أق).
يمكن أن يؤدي تغيير درجة الحرارة أو الضغط أو تركيز التفاعل إلى تغيير توازن المعادلة وإخراجها من التوازن الديناميكي. لهذا السبب، إذا قمت بفتح علبة الصودا وتركتها لفترة طويلة، فسوف تصبح في النهاية 'مسطحة' ولن يكون هناك المزيد من الفقاعات. وذلك لأن علبة الصودا لم تعد نظامًا مغلقًا ويمكن لثاني أكسيد الكربون أن يتفاعل مع الغلاف الجوي. وهذا يخرجه من التوازن الديناميكي ويطلق الشكل الغازي لثاني أكسيد الكربون حتى لا يكون هناك المزيد من الفقاعات.
أمثلة على التوازن الديناميكي
سيكون أي تفاعل في حالة توازن ديناميكي إذا كان قابلاً للانعكاس وكانت معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية متساوية. على سبيل المثال، لنفترض أنك قمت بتحضير محلول مشبع بمحلول مائي من NaCl. إذا قمت بعد ذلك بإضافة بلورات صلبة من NaCl، فسوف يذوب NaCl ويعاد بلورته في المحلول في نفس الوقت. التفاعل NaCl(s) ⇌ Na+(عبد القدير) + Cl-(aq) سيكون في حالة توازن ديناميكي عندما يكون معدل انحلال NaCl مساوياً لمعدل إعادة التبلور.
ج # البرنامج التعليمي
مثال آخر على التوازن الديناميكي هولا2(ز) + CO(ز) ⇌ NO(g) + Cيا2(ز) (مرة أخرى، طالما أن المعدلين متساويان). ثاني أكسيد النيتروجين (لا2) يتفاعل مع أول أكسيد الكربون (CO) لتكوين أكسيد النيتروجين (NO) وثاني أكسيد الكربون (Cيا2) ، وفي التفاعل العكسي، يتفاعل أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكربون لتكوين ثاني أكسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون.
إذا كنت تراقب تفاعلًا ما، فيمكنك معرفة أنه ليس في حالة توازن ديناميكي إذا كان بإمكانك رؤية التغييرات التي تحدث في كميات المواد المتفاعلة أو المنتجات. (إذا لم تتمكن من رؤية أي تغييرات، فهذا لا يضمن أنها في حالة توازن ديناميكي، لأنها قد تكون في حالة توازن ثابت أو قد تكون التغييرات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.)
مثال على المعادلة التي لا يمكن أن تكون في حالة توازن ديناميكي أبدًا هي: 4 Fe(s) + 6 H2يا (ل) +3O2 (ز) → 4 الحديد (أوه)3(س). هذه معادلة تكوين الصدأ. نلاحظ أنه لن يكون في حالة توازن ديناميكي أبدًا؛ لأن سهم التفاعل يتحرك في اتجاه واحد فقط (وهذا هو السبب في أن السيارة الصدئة لن تصبح لامعة مرة أخرى من تلقاء نفسها).
لا يوجد توازن ديناميكي لهذه السيارة!
التوازن الديناميكي مقابل التوازن الساكن
إذا لاحظت تفاعلات في حالة توازن ديناميكي وتفاعلات في حالة توازن ثابت، فلن تحدث أي تغييرات مرئية، وسيبدو الأمر وكأن شيئًا لم يحدث. ومع ذلك، فإن التفاعلات عند التوازن الساكن تختلف كثيرًا عن تلك الموجودة عند التوازن الديناميكي.
التوازن الساكن (المعروف أيضًا باسم التوازن الميكانيكي) يحدث عندما يتوقف التفاعل ولا توجد حركة على الإطلاق بين المواد المتفاعلة والمنتجات. اكتمل التفاعل ومعدل التفاعل الأمامي والخلفي كلاهما 0.
في حين أن التفاعلات في حالة التوازن الديناميكي قابلة للعكس (يمكن أن تستمر في أي من الاتجاهين)، فإن التفاعلات في حالة التوازن الساكن لا يمكن عكسها ويمكن أن تستمر في اتجاه واحد فقط. ومع ذلك، فإن كلا من التوازن الديناميكي والتوازن الساكن هما أمثلة على الأنظمة في حالة مستقرة، حيث يكون تأثير القوة الصافية على الأنظمة صفرًا.
يوجد أدناه رسم بياني يوضح الاختلافات الرئيسية بين التوازن الديناميكي والثابت.
| توازن ديناميكي | توازن ثابت اسم المستخدم |
| تفريغ | لا رجعة فيه |
| رد الفعل لا يزال يحدث | لقد توقف رد الفعل محور الباندا |
| سرعة التفاعل الأمامي = سرعة التفاعل العكسي | كلا معدلات التفاعل صفر |
| يحدث في نظام مغلق | يمكن أن يحدث في نظام مفتوح أو مغلق |
كيف يرتبط التوازن الديناميكي بثوابت المعدل؟
عندما يكون التفاعل في حالة توازن ديناميكي، سيكون للتفاعل معدل ثابت محدد، يُعرف باسم ثابت التوازن، أوكمكافئ.
ثابت التوازن، أو ثابت المعدل، هو معامل يوضح حاصل التفاعل (أو الكميات النسبية للمنتجات والمواد المتفاعلة في التفاعل عند نقطة زمنية معينة) عندما يكون التفاعل في حالة توازن. ستخبرك قيمة ثابت التوازن بالكميات النسبية للمنتج والمواد المتفاعلة عند التوازن.
إذا كان كمكافئ> 1000، في حالة التوازن سيكون هناك منتج في الغالب.
إذا كان كمكافئبين .001 و1000، في حالة التوازن سيكون هناك كمية كبيرة من كل من الناتج والمواد المتفاعلة.
إذا كان كمكافئيكون<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.
لرد الفعل أ أ + ب ب⇌ ج ج+ د تمثل D وA وB المواد المتفاعلة بينما تمثل C وD المنتجات.
معادلة ثابت التوازن هي كمكافئ=[ج]ج[د]د/[أ]أ[ب]ب.
مثال
خذ رد الفعل N2(ز)+O2(ز)⇋2NO(ز).
باستخدام معادلة ثابت التوازن، Kمكافئمساوي ل [لا]2/[ن2]]يا2]. يمكنك إما ترك المعادلة على هذا النحو، أو إذا حصلت على تركيزات التوازن/ثابت التوازن، فيمكنك التعويض بها للعثور على أي قيم مفقودة.
لنفترض أننا نعرف تركيز كليهما[ن2] و [يا2]=.15 M وتركيز [NO] هو 1.1 M.
توصيل هذه القيم سيعطيك:كمكافئ= (1.1)2/(.15)(.15) أو 1.21/.0225.
يمكنك حل وإيجاد أن Kمكافئ=53.8.
منذكمكافئبين .001 و1000، سيكون هناك كمية كبيرة من كل من NO، O2، و ن2في التوازن.
ملخص: ما هو التوازن الديناميكي؟
ما هو أفضل تعريف للتوازن الديناميكي؟ يحدث التوازن الديناميكي عندما يكون معدل التفاعل الأمامي، في التفاعل العكسي، مساويًا لمعدل التفاعل العكسي. وبما أن المعدلين متساويان، يبدو الأمر وكأن لا شيء يحدث، لكن في الواقع يحدث التفاعل بشكل مستمر بمعدله الثابت.
وعلى النقيض من ذلك، تكون التفاعلات عند التوازن المستقر كاملة ولا يحدث أي تفاعل آخر.
جافا التالي
معادلة ثابت التوازن هيكمكافئ=[ج]ج[د]د/[أ]أ[ب]ب.
ماذا بعد؟
هل تكتب ورقة بحثية للمدرسة ولكنك لست متأكدًا مما تكتب عنه؟ دليلنا لموضوعات ورقة البحث يحتوي على أكثر من 100 موضوع في عشر فئات، لذا يمكنك التأكد من العثور على الموضوع المثالي المناسب لك.
هل تريد معرفة أسرع وأسهل الطرق للتحويل بين فهرنهايت ودرجة مئوية؟ لقد حصلت على تغطيتها! تحقق من دليلنا لأفضل الطرق لتحويل درجة مئوية إلى فهرنهايت (أو العكس).
هل تدرس السحب في صف العلوم الخاص بك؟ احصل على مساعدة في تحديد أنواع مختلفة من الغيوم مع دليل الخبراء لدينا.