Ισορροπία στις Φυσικές Διεργασίες

Η ισορροπία που συμβαίνει μεταξύ διακριτών φάσεων ή φυσικών ποιοτήτων αναφέρεται ως φυσική ισορροπία. Δεν υπάρχει καμία αλλαγή στη χημική δομή σε αυτές τις εργασίες. Απεικονίζει το ίδιο υλικό που υπάρχει σε δύο διαφορετικές φυσικές καταστάσεις.

• Η ισορροπία φάσης είναι ένας τύπος φυσικής ισορροπίας.
• Ισορροπία διαλυμένων ουσιών και στερεών
• Ισορροπία υγρού-αερίου

Η ισορροπία αναφέρεται στη συνοχή του περιεχομένου και της σύνθεσης (όπως εκτιμάται από το χρώμα, την πίεση ή τη θερμοκρασία) του στοιχείου ενδιαφέροντος ενός συστήματος διαχρονικά. Ο ρυθμός απόκρισης προς τα εμπρός είναι ίσος με τον ρυθμό προς τα πίσω της αντίδρασης στην κατάσταση Ισορροπίας.

Ορισμένες περιπτώσεις ισορροπίας είναι ένα βιβλίο σε ένα τραπέζι, υγρό σε περιορισμένο δοχείο, κορεσμένο διάλυμα, ιοντικές ενώσεις σε πολικούς διαλύτες και η παραγωγή αμμωνίας.

Τύποι φυσικής ισορροπίας

Ισορροπία στη φάση:

Στους 0°C, η ποσότητα των μορίων του νερού που μετατρέπονται σε πάγο ισούται με τον αριθμό των μορίων νερού που λιώνουν σε υγρό νερό. Ο ρυθμός με τον οποίο παγώνει το νερό είναι ίδιος με τον ρυθμό με τον οποίο λιώνει ο πάγος. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μια ισορροπία μεταξύ στερεού πάγου και υγρού.

Πάγος (α) ⇌ Νερό (l)

Σε ένα κλειστό δοχείο, ο αριθμός των μορίων που γίνονται ατμοί είναι ίσος με τον αριθμό των μορίων που συμπυκνώνονται σε υγρό. Ο ρυθμός με τον οποίο εξατμίζεται το υγρό νερό είναι ίσος με τον ρυθμό με τον οποίο συμπυκνώνονται οι υδρατμοί. Η υγρή φάση και η δική της φάση ατμού βρίσκονται σε ισορροπία.

Νερό (l) ⇌ Νερό (g)

Ισορροπία διαλυμένων ουσιών και στερεών:

Όταν ένα κορεσμένο διάλυμα έρχεται σε επαφή με μια μη διαλυτή ουσία, ο αριθμός των μορίων που εγκαταλείπουν το διάλυμα (που εναποτίθενται) ισούται με τον αριθμό των μορίων που εισέρχονται στο υγρό (διαλυόμενο) από το στερεό. Ως αποτέλεσμα, το αδιάλυτο στερεό και η διαλυμένη ουσία σε ένα διάλυμα βρίσκονται σε ισορροπία.

Ισορροπία αερίων και υγρών:

Αέρια που δεν αντιδρούν με υγρά μπορεί να διαλυθούν σε ευθεία αναλογία με την πίεση του υγρού. Ο αέρας μέσα στο υγρό και το αέριο που υπάρχει ακριβώς πάνω από το υγρό βρίσκονται σε ισορροπία σε ένα κλειστό δοχείο. Το αέριο διοξείδιο του άνθρακα στα αναψυκτικά, για παράδειγμα, βρίσκεται σε ισορροπία με το αέριο στον κενό χώρο του δοχείου.

Αέριο (διάλυμα) ⇌ Αέριο (g)

Χημικές διεργασίες και ισορροπία

Αναστρέψιμη αντίδραση

Αυτές οι αποκρίσεις εμφανίζονται τόσο προς τις εμπρός όσο και προς τα πίσω, όπως υποδηλώνει το όνομα. Οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων παραμένουν σταθερές σε τέτοιες αντιδράσεις όταν ο ρυθμός πρόσθιας και ανάστροφης αντίδρασης είναι πανομοιότυποι. Η αντίδραση φαίνεται να βρισκόταν σε χημική ισορροπία σε αυτό το σημείο.

Αυτή η ισορροπία, ωστόσο, πιστεύεται ότι είναι δυναμικής φύσης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι έχει μια μπροστινή αντίδραση στην οποία τα αντιδρώντα αντιδρούν για να παράγουν προϊόντα και μια αντίστροφη αντίδραση στην οποία τα προϊόντα μπορεί να συνδυαστούν για να παράγουν τα αρχικά αντιδραστήρια. Ας ρίξουμε μια ματιά σε αυτές τις χημικές αντιδράσεις με περισσότερες λεπτομέρειες.

Δυναμική φύση των χημικών διεργασιών σε ισορροπία

A + B ⇌ C + D

Τα προϊόντα (C και D) αυξάνονται με το χρόνο ενώ τα αντιδρώντα (Α και Β) μειώνονται. Ως αποτέλεσμα, ο ρυθμός της προς τα εμπρός απόκρισης μειώνεται ενώ ο ρυθμός της αντίστροφης αντίδρασης αυξάνεται. Και οι δύο αντιδράσεις συμβαίνουν τελικά την ίδια στιγμή, με αποτέλεσμα μια κατάσταση ισορροπίας. Αυτή η ισορροπία μπορεί να επιτευχθεί με οποιονδήποτε τρόπο.

Η χημική ισορροπία είναι αμφίδρομη

Η ισορροπία μπορεί να επιτευχθεί και στις δύο πλευρές μιας αντίδρασης, είτε ξεκινήσουμε με αντιδρώντα είτε προϊόντα. Ας ρίξουμε μια ματιά στην επόμενη αντίδραση.

H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g)

Εάν καταλύουμε την αντίδραση με σταθερή συγκέντρωση Η2 και Ι2, η αντίδραση θα προχωρήσει προς την εμπρός κατεύθυνση, με τα ποσοστά των Η2 και Ι2 να μειώνονται ενώ η συγκέντρωση του ΗΙ αυξάνεται μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία.

Αν αντιστρέψουμε την παραπάνω αντίδραση, η συγκέντρωση του HI πέφτει ενώ οι συγκεντρώσεις του Η2 και του Ι2 αυξάνονται μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία. Ως αποτέλεσμα, εάν ο συνολικός αριθμός ατόμων του στοιχείου σε έναν δεδομένο όγκο είναι ο ίδιος, το μείγμα ισορροπίας θα είναι το ίδιο είτε ξεκινήσουμε με αντιδρώντα είτε προϊόντα.

(i) Όταν ένα υγρό και ένα αέριο βρίσκονται σε ισορροπία, η τάση ατμών του υγρού παραμένει σταθερή σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.

(ii) Σε μια δεδομένη θερμοκρασία, η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στα διαλύματα γίνεται σταθερή όταν προκύπτει στερεό =ισορροπία διαλύματος.

(iii) Σε μια ορισμένη θερμοκρασία, η πίεση του αερίου ακριβώς πάνω από το υγρό γίνεται σταθερή στην κατάσταση αερίου =ισορροπίας διαλύματος.

(iv) Όταν δύο φάσεις βρίσκονται σε ισορροπία, υπάρχει μόνο μία θερμοκρασία (σημείο τήξης) στην οποία μπορούν να συνυπάρχουν, δηλαδή η θερμοκρασία παραμένει σταθερή σε μια δεδομένη πίεση.

Η Φυσική Ισορροπία έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1. Μόνο στην περίπτωση ενός κλειστού συστήματος μπορεί να επιτευχθεί ισορροπία.

2. Η ισορροπία έχει δυναμικό χαρακτήρα, πράγμα που σημαίνει ότι η διαδικασία δεν σταματά μόλις επιτευχθεί η ισορροπία, αλλά ο ρυθμός της προς τα εμπρός απόκρισης ισούται με τον ρυθμό της προς τα πίσω αντίδρασης.

3. Επειδή η συγκέντρωση των χημικών ουσιών παραμένει σταθερή, τα μετρήσιμα χαρακτηριστικά του συστήματος όπως το σημείο τήξης, η θερμοκρασία βρασμού, η τάση ατμών και η διαλυτότητα παραμένουν σταθερά.

4. Όταν επιτευχθεί η ισορροπία, μια έκφραση που περιλαμβάνει τη συγκέντρωση των αντιδρώντων συστατικών παίρνει μια σταθερή τιμή σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.

5. Όταν ένα αέριο διαλύεται σε ένα υγρό, η αύξηση της πίεσης βελτιώνει πάντα τη διαλυτότητα του αερίου στο υγρό.

Συμπέρασμα:

Ισορροπία είναι η κατάσταση μιας διαδικασίας κατά την οποία παράμετροι όπως η θερμοκρασία, η πίεση και η ροή βρίσκονται σε ισορροπία, πίεση, με τη ροή του χρόνου, η συγκέντρωση του συστήματος δεν αλλάζει. Η ισορροπία ονομάζεται φυσική ισορροπία όταν οι αντίθετες διαδικασίες περιλαμβάνουν απλώς φυσικές αλλαγές. Η ισορροπία ονομάζεται χημική ισορροπία όταν οι αντίθετες διεργασίες συνεπάγονται χημικές αλλαγές, δηλαδή όταν οι αντίθετες διαδικασίες είναι χημικές αντιδράσεις. Στην ισορροπία, και οι δύο αντίθετες διαδικασίες συμβαίνουν ταυτόχρονα. Το μείγμα ισορροπίας αναφέρεται σε ένα μείγμα αντιδρώντων και προϊόντων που βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας.

Το παρακάτω είναι ένα παράδειγμα χημικής αντίδρασης:

aA + bB ⇌ xX + yY

Τα αντιδρώντα είναι Α και Β, ενώ τα προϊόντα είναι Χ και Υ. Το διπλό βέλος μεταξύ των αντιδρώντων και των προϊόντων υποδεικνύει ότι η αντίδραση λαμβάνει χώρα και προς τις δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα.