可逆的な化学反応は、順方向 (左から右) と逆方向 (右から左) の両方に続く可能性がある反応です。順方向と逆方向の反応速度が等しい場合、反応物と生成物の種の濃度は時間を通して一定に保たれ、システムは平衡状態にあります。反応の可逆性を説明するために、特徴的な二重矢印が採用されています。平衡システムでは、反応物と生成物の相対濃度は大きく異なります。主に平衡状態の生成物を含むシステムもあれば、主に反応物を含むシステムもあれば、両方を大量に含むシステムもあります。
動的均衡とは?
正反応速度が逆反応速度と等しい場合に起こる動的平衡に達するのは、可逆反応のみです。これらの方程式では正反応と逆反応がまだ発生していますが、2 つの速度は等しく一定であるため、平衡状態にもあります。
反応の温度、圧力、または濃度を変更すると、方程式の平衡が移動し、動的平衡から外れることがあります。
これが、コーラの缶を長時間開けたままにしておくと、最終的に泡がなくなって「平ら」になる理由です。これは、ソーダ缶が閉鎖系ではなくなり、二酸化炭素が環境と相互作用できるようになったためです。これにより、動的平衡が失われ、気泡がなくなるまでガス状の二酸化炭素が排出されます。
動的均衡の例
反応が可逆的で、順方向と逆方向の速度が等しい場合、動的平衡になります。 NaCl 水溶液で飽和した溶液を作っているとします。その後、固体の NaCl 結晶を溶液に加えると、NaCl は溶解と再結晶を同時に行います。 NaCl の溶解速度が再結晶速度と等しい場合、反応:
NaCl(s) ⇌ Na+(aq) + Cl-(aq), は動的平衡になります.
NO2 (g) + CO(g) =NO(g) + CO2 (g) (再び、2 つのレートが等しい限り)。
二酸化窒素 (NO2) は一酸化炭素 (CO) と相互作用して窒素酸化物 (NO) と炭素を生成します二酸化窒素 (CO2) であり、窒素酸化物と二酸化炭素が反応して、反対のプロセスで二酸化窒素と一酸化炭素が生成されます。
プロセスを見ながら反応物または生成物の量の変化を検出できれば、それが動的平衡状態にないことがわかります。 (変化が見えないからといって、それが動的平衡状態にあるとは限りません。静的平衡状態にあるか、変化が小さすぎて人間の目で見ることができない可能性があります。
4 Fe(s) + 6 H2O(l) + 3O2 (g) =4 Fe(OH )3 は、決して動的平衡にならない方程式の例です。
これが錆の発生式です。応答矢印は一方向にしか移動しないため (これが、錆びた自動車が自然に元に戻らない理由です)、動的平衡状態には決してならないことがわかります。
動的均衡の意味
「均衡」という言葉はラテン語の「equilibrium」に由来し、文字通り「平等なバランス」を意味します。その結果、相反する力が釣り合っている状態、または時間が経っても変化しないシステム、つまり正味の力が作用していない状態として定義できます。
均衡には、静的均衡と動的均衡の 2 つの形式があります。
静的平衡とは、結果として物体にかかる力がゼロになり、物体が動かない状態です。
動的平衡という化学の考え方は重要です。物事がどのようにアクティブであると同時にバランスが取れているかを理解することが重要です。
動的均衡と静的均衡の違いは何ですか?
動的平衡と静的平衡の反応を見ても、どちらにも明らかな変化は見られず、何も起きていないように見えます。
一方、静的平衡反応は動的平衡反応とは大きく異なります。
プロセスが静的平衡 (機械的平衡とも呼ばれます) に達すると、反応物と生成物の間に動きはありません。順反応速度と逆反応速度の両方がゼロであり、反応が完了したことを示します。
動的平衡での反応は可逆的 (つまり、どちらの方向にも進む可能性がある) ですが、静的平衡での反応は不可逆的です (つまり、一方向にしか進むことができません)。
一方、動的平衡と静的平衡の両方が、システムに対する正味の力の影響がゼロである定常状態のシステムのインスタンスです。
結論
正反応と逆反応の速度が等しい場合、反応物と生成物の種の濃度は時間を通して一定に保たれ、システムは平衡状態にあります。反応が可逆的で、順方向と逆方向の速度が等しい場合、動的平衡になります。プロセスを見ながら反応物または生成物の量の変化を検出できれば、それが動的平衡状態にないことがわかります。静的平衡とは、結果として物体にかかる力がゼロで、物体が動かない身体の状態です。一方、動的平衡と静的平衡の両方は、システムに対する正味の力の影響がゼロである定常状態のシステムのインスタンスです。
