L’equilibrio dinamico è un concetto importante in chimica. Ma cos’è esattamente l’equilibrio dinamico? Come può qualcosa essere dinamico ma anche in equilibrio? Continua a leggere per apprendere la migliore definizione di equilibrio dinamico, esempi comuni di equilibrio dinamico e come l'equilibrio dinamico e quello statico possano sembrare uguali ma in realtà sono molto diversi.
Cos'è l'equilibrio dinamico?
Le reazioni chimiche possono avvenire in entrambe le direzioni (avanti e indietro) o solo in una direzione. Quelle che vanno in due direzioni sono conosciute come reazioni reversibili, e puoi identificarli dalle frecce che vanno in due direzioni, come nell'esempio qui sotto.
H2O(l) ⇌ H+(aq)+OH-(aq)
L'equilibrio dinamico si verifica solo nelle reazioni reversibili e è quando la velocità della reazione diretta è uguale alla velocità della reazione inversa. Queste equazioni sono dinamiche perché le reazioni diretta e inversa continuano a verificarsi, ma i due tassi sono uguali e immutabili, quindi sono anch’essi in equilibrio.
L’equilibrio dinamico è un esempio di sistema in stato stazionario. Ciò significa che le variabili nell'equazione non cambiano nel tempo (poiché le velocità di reazione sono uguali). Se osservi una reazione in equilibrio dinamico, sembrerà che non accada nulla poiché le concentrazioni di ciascuna sostanza rimangono costanti. Tuttavia, le reazioni in realtà si verificano continuamente.
L'equilibrio dinamico però non si verifica solo nei laboratori di chimica; hai assistito a un esempio di equilibrio dinamico ogni volta che hai bevuto una bibita. In una bottiglia di soda sigillata, l'anidride carbonica è presente sia nella fase liquida/acquosa che nella fase gassosa (bolle). Le due fasi dell'anidride carbonica sono in equilibrio dinamico all'interno della bottiglia di soda sigillata poiché l'anidride carbonica gassosa si dissolve nella forma liquida alla stessa velocità con cui la forma liquida dell'anidride carbonica viene riconvertita nella sua forma gassosa.
L'equazione è questa: CO2(g) ⇌CO2(aq).
Cambiare la temperatura, la pressione o la concentrazione di una reazione può spostare l’equilibrio di un’equazione e farla uscire dall’equilibrio dinamico. Questo è il motivo per cui, se apri una lattina e la lasci fuori per molto tempo, alla fine diventerà 'piatta' e non ci saranno più bolle. Questo perché la lattina di soda non è più un sistema chiuso e l'anidride carbonica può interagire con l'atmosfera. Questo lo sposta dall'equilibrio dinamico e rilascia la forma gassosa dell'anidride carbonica finché non ci sono più bolle.
Esempi di equilibrio dinamico
Qualsiasi reazione sarà in equilibrio dinamico se è reversibile e le velocità delle reazioni diretta e inversa sono uguali. Ad esempio, supponiamo di preparare una soluzione satura con una soluzione acquosa di NaCl. Se poi aggiungi cristalli solidi di NaCl, NaCl si dissolverà e si ricristallizzerà contemporaneamente all'interno della soluzione. La reazione, NaCl(s) ⇌ Na+(aq) + Cl-(aq), sarà in equilibrio dinamico quando la velocità di dissoluzione del NaCl sarà uguale alla velocità di ricristallizzazione.
topologia di rete
Un altro esempio di equilibrio dinamico èNO2(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + CO2(g) (sempre a condizione che le due aliquote siano uguali). Diossido di azoto (NO2) reagisce con il monossido di carbonio (CO) per formare ossido di azoto (NO) e anidride carbonica (CO2) e, nella reazione inversa, l'ossido di azoto e il biossido di carbonio reagiscono per formare biossido di azoto e monossido di carbonio.
Se stai osservando una reazione, puoi dire che non è in equilibrio dinamico se puoi vedere i cambiamenti che si verificano nelle quantità di reagenti o prodotti. (Se non riesci a vedere alcun cambiamento, ciò non garantisce che sia in equilibrio dinamico, poiché potrebbe essere in equilibrio statico o i cambiamenti potrebbero essere troppo piccoli per essere visti ad occhio nudo.)
Un esempio di un'equazione che non potrebbe mai essere all'equilibrio dinamico è: 4 Fe(s) + 6 H2O(l) +3O2 (g) → 4 Fe(OH)3(S). Questa è un'equazione per la formazione della ruggine. Possiamo vedere che non sarà mai in equilibrio dinamico perché la freccia per la reazione va solo in una direzione (ecco perché un’auto arrugginita non tornerà a splendere da sola).
Non esiste equilibrio dinamico per questa vettura!
Equilibrio dinamico vs equilibrio statico
Se osservi le reazioni all'equilibrio dinamico e le reazioni all'equilibrio statico, non si verificheranno cambiamenti visibili e sembrerà che non stia accadendo nulla. Tuttavia, le reazioni all’equilibrio statico sono in realtà molto diverse da quelle all’equilibrio dinamico.
L'equilibrio statico (noto anche come equilibrio meccanico) si verifica quando la reazione si è interrotta e non c'è alcun movimento tra i reagenti e i prodotti. La reazione è completa e le velocità di reazione diretta e inversa sono entrambe pari a 0.
Mentre le reazioni all'equilibrio dinamico sono reversibili (possono procedere in entrambe le direzioni), quelle all'equilibrio statico sono irreversibili e possono procedere solo in una direzione. Tuttavia, sia l’equilibrio dinamico che l’equilibrio statico sono esempi di sistemi allo stato stazionario, in cui l'azione della forza netta sui sistemi è zero.
Di seguito è riportato un grafico che mostra le principali differenze tra equilibrio dinamico e statico.
| Equilibrio dinamico | Equilibrio statico conversione della stringa in data |
| Reversibile | Irreversibile |
| La reazione è ancora in corso | La reazione si è fermata |
| Velocità della reazione diretta = velocità della reazione inversa | Entrambe le velocità di reazione sono pari a zero |
| Si verifica in un sistema chiuso | Può verificarsi in un sistema aperto o chiuso |
In che modo l'equilibrio dinamico è correlato alle costanti di tasso?
Quando una reazione è all'equilibrio dinamico, la reazione avrà una costante di velocità specifica, nota come costante di equilibrio, oKeq.
La costante di equilibrio, o costante di velocità, è un coefficiente che mostra il quoziente di reazione (o le quantità relative di prodotti e reagenti nella reazione in un dato momento) quando la reazione è all'equilibrio. Il valore della costante di equilibrio ti dirà le quantità relative di prodotto e reagente all'equilibrio.
Se Keqè >1000, all'equilibrio ci sarà principalmente prodotto.
Se Keqè compreso tra 0,001 e 1000, all'equilibrio ci sarà una quantità significativa sia di prodotto che di reagente.
Se KeqÈ<.001, at equilibrium there will be mostly reactant.
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Per la reazione UN A+ B B⇌ C C+ D D, A e B rappresentano i reagenti e C e D rappresentano i prodotti.
L'equazione per la costante di equilibrio è Keq=[C]C[D]D/[UN]UN[B]B.
Esempio
Prendiamo la reazione N2(g)+O2(g)⇋2NO(g).
Utilizzando l'equazione per la costante di equilibrio, Keqè uguale a [NON]2/[N2][O2]. Puoi lasciare l'equazione così oppure, se ti vengono fornite le concentrazioni di equilibrio/la costante di equilibrio, puoi inserirle per trovare eventuali valori mancanti.
Diciamo che conosciamo le concentrazioni di entrambi[N2] E [O2]=0,15 M e la concentrazione di [NO] è 1,1 M.
Inserendo questi valori otterresti:Keq= (1.1)2/(.15)(.15) o 1.21/.0225.
Puoi risolvere e trovare che Keq=53,8.
DaKeqè compreso tra 0,001 e 1000, ci sarà una quantità significativa di NO, O2, e n2all'equilibrio.
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Riepilogo: cos'è l'equilibrio dinamico?
Qual è la migliore definizione di equilibrio dinamico? L'equilibrio dinamico si verifica quando, per una reazione reversibile, la velocità della reazione diretta è uguale alla velocità della reazione inversa. Poiché i due tassi sono uguali, sembra che non stia accadendo nulla, ma in realtà la reazione avviene continuamente ad un ritmo stabile.
Al contrario, le reazioni all’equilibrio stabile sono complete e non si verificano ulteriori reazioni.
L'equazione per la costante di equilibrio èKeq=[C]C[D]D/[UN]UN[B]B.
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