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動態平衡
編輯在化學中,一旦發生可逆反應,就存在動態平衡。 物質以相同的速率在反應物和產物之間轉換,這意味著沒有凈變化。 反應物和產物的形成速度使得兩者的濃度都不會改變。 它是處于穩定狀態的系統的一個特例。
在物理學中,關于熱力學,當反應以混合物的組成不隨時間變化的速率發生時,封閉系統處于熱力學平衡。 事實上確實會發生反應,有時反應非常劇烈,但反應的程度無法觀察到成分的變化。 平衡常數可以用可逆反應的速率常數來表示。
例子
編輯在一瓶新蘇打水中,液相中二氧化碳的濃度具有特定值。 如果倒出一半液體并密封瓶子,二氧化碳將以不斷降低的速度離開液相,而氣相中二氧化碳的分壓將增加,直至達到平衡。 此時,由于熱運動,一個 CO2 分子可能離開液相,但在很短的時間內,另一個 CO2 分子將從氣體轉移到液體,反之亦然。 在平衡狀態下,CO2 從氣相轉移到液相的速率等于從液相轉移到氣相的速率。 在這種情況下,液體中 CO2 的平衡濃度由亨利定律給出,該定律指出氣體在液體中的溶解度與該氣體在液體上方的分壓成正比。 這種關系被寫成
c = K P {\displaystyle c=KP}
其中 K 是與溫度相關的常數,P 是分壓,c 是液體中溶解氣體的濃度。 因此,氣體中 CO2 的分壓會增加,直到滿足亨利定律。 液體中二氧化碳的濃度降低了,飲料也失去了一些嘶嘶聲。
亨利定律可以通過將兩相中二氧化碳的化學勢設定為彼此相等來導出。 化學勢相等定義化學平衡。 涉及相變的動態平衡的其他常數包括分配系數和溶度積。 拉烏爾定律定義了理想溶液的平衡蒸氣壓
動態平衡也可以存在于單相系統中。 一個簡單的例子發生在酸堿平衡中,例如乙酸在水溶液中的解離。
在這種情況下,正向反應涉及從乙酸分子中釋放一些質子,而反向反應涉及當乙酸根離子接受質子時形成乙酸分子。 當平衡表達式左側的物質的化學勢之和等于右側物質的化學勢之和時,達到平衡。 同時,正向反應和反向反應的速率彼此相等。 涉及化學復合物形成的平衡也是動態平衡,濃度由復合物的穩定常數決定。
動態平衡也可以發生在氣相中,例如當二氧化氮二聚時。
在氣相中,方括號表示分壓。 或者,物質的分壓可以寫成 P(物質)。
平衡與速率常數的關系
編輯有兩個反應需要考慮,物質 A 轉化為 B 的正向反應和 B 轉化為 A 的逆向反應。如果兩個反應都是基元反應,則反應速率為
其中 kf 是正向反應的速率常數,kb 是反向反應的速率常數,方括號 [...] 表示濃度。 如果開始時只有 A,時間 t = 0,濃度為 [A]0,則兩個濃度 [A]t 和 [B]t 的總和在時間 t 將等于 [A] 0。
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