Nel caso di reazioni chimiche reversibili, il termine equilibrio dinamico si dice raggiunto solo quando la velocità della reazione all'indietro è uguale alla velocità della reazione diretta durante il processo di reazione. Il suffisso “Dinamico” viene utilizzato principalmente per descrivere che la reazione chimica è in corso. Di seguito sono riportati alcuni esempi di equilibrio dinamico.
Equilibrio dinamico può essere ottenuto quando la reazione diretta e la reazione inversa sono ancora in corso, tuttavia, la velocità di occorrenza di entrambe le reazioni è uguale e immutabile, cioè sono in equilibrio. In altre parole, si dice che qualsiasi reazione chimica sia in equilibrio dinamico quando la velocità della reazione diretta è equivalente simultaneamente alla velocità della reazione all'indietro e la reazione chimica è reversibile. Alcuni esempi di equilibrio dinamico sono:
reazione NaCl
Ad esempio, se prendiamo una soluzione satura avente una soluzione acquosa di NaCl e poi aggiungiamo alcuni cristalli solidi di NaCl, si vede che il cloruro di sodio si dissolve e si ricristallizza simultaneamente alla stessa velocità nella soluzione. Possiamo dire che la reazione della soluzione acquosa di cloruro di sodio che si dissolve negli ioni sodio e cloruro data dall'equazione NaCl(s) ⇌ Na+(aq) + Cl-(aq) è in equilibrio dinamico quando la velocità di dissoluzione della soluzione di cloruro di sodio è uguale alla velocità di ricristallizzazione degli ioni Na+(aq) e Cl-(aq).
Reazione biossido di azoto-monossido di carbonio
Prendiamo un altro esempio di equilibrio dinamico: il gas biossido di azoto reagisce con il monossido di carbonio per formare monossido di azoto e anidride carbonica, come mostrato nell'equazione NO2(g) + CO(g) ⇌ NO(g) + CO2(g). Questa è una reazione chimica reversibile. Si dice che questa reazione sia in equilibrio dinamico quando la velocità di reazione del biossido di azoto con il monossido di carbonio è uguale alla velocità di reazione del biossido di carbonio e del monossido di azoto.
Reazione dell'acido acetico
L'equilibrio dinamico può essere visto in un sistema monofase come un equilibrio ionico acido-basico in un H2O soluzione. Ad esempio, una soluzione acquosa di acido acetico si dissocia nei suoi ioni H+ (acidi) e basici mentre viene contemporaneamente prodotta dagli stessi ioni. Questa reazione è data dall'equazione: CH3COOH ⇌ CH3COO+H+
Reazione dell'anidride carbonica
Abbiamo osservato esempi di equilibrio dinamico anche nella nostra vita quotidiana. Uno di questi esempi è una lattina o una bottiglia di soda sigillata. Una bottiglia di soda sigillata contiene anidride carbonica sia in forma liquida che in forma gassosa (sotto forma di bolle) insieme alla soda. La fase gassosa dell'anidride carbonica è in equilibrio dinamico con la fase liquida/acquosa dell'anidride carbonica. La fase liquida dell'anidride carbonica viene convertita nella sua fase gassosa alla stessa velocità con cui la fase gassosa dell'anidride carbonica si dissolve nella forma liquida dell'anidride carbonica. L'equazione della reazione menzionata è data come CO2(g) ⇌ CO2(aq).
Reazione azoto e idrogeno
Ammoniaca industriale anche la sintesi utilizzando il processo di Haber è un esempio di una reazione che può essere in equilibrio dinamico. La reazione è data dall'equazioneN2 (g) + 3 H2 (g) ⇌ 2NH3 (G). In questo le molecole di azoto e idrogeno si combinano per formare ammoniaca e l'ammoniaca si disintegra simultaneamente per formare le molecole di azoto e idrogeno.
Reazione del biossido di azoto
Un altro esempio di equilibrio dinamico è la dimerizzazione del biossido di azoto in fase gassosa. La reazione è data dall'equazione 2NO ⇌N2O4
Scaviamo un po’ più a fondo per comprendere meglio il concetto di equilibrio dinamico.
Quali sono gli esempi di reazioni che non possono mai essere in equilibrio dinamico?
Le reazioni irreversibili non possono mai essere in equilibrio dinamico. In questo tipo di reazioni i reagenti vengono convertiti in prodotti ma non avviene il contrario. Viene così eliminata ogni possibilità di stabilire un equilibrio dinamico.
Un esempio è la reazione del ferro con il vapore acqueo per formare ruggine. Questo è dato dall'equazione:
4 Fe(i) + 6 H2O(l) + 3O2 (g) → 4 Fe(OH)3 (S)
La ruggine non può disintegrarsi in ferro e vapore acqueo. Possiamo vedere che, poiché si tratta di una reazione irreversibile, la freccia che va dai reagenti ai prodotti è puntata in una sola direzione.
Un altro esempio di reazione irreversibile è la reazione di un combustibile con l'ossigeno atmosferico per formare anidride carbonica e vapore acqueo. Questa reazione è data dall'equazione
Carburante + O2 →CO2 + H2O
Questa è chiamata reazione di combustione. I prodotti cioè l'anidride carbonica e il vapore acqueo non possono reagire per produrre carburante e ossigeno. Pertanto, la reazione è unilaterale.
Ci possono essere molti esempi di tali reazioni irreversibili in cui i prodotti non possono tornare ai reagenti. In tutte queste reazioni non è possibile stabilire un equilibrio dinamico tra i prodotti ei reagenti.
Come mantenere l'equilibrio dinamico in un sistema?
È difficile mantenere un equilibrio dinamico in una reazione. Ogni minimo cambiamento nella temperatura, pressione o concentrazione di una reazione ha la capacità di spostare o eliminare l'equilibrio dinamico.
Per questo motivo, la bottiglia di soda si appiattisce o perde le bollicine se lasciata aperta. Una volta aperta la bomboletta l'anidride carbonica in fase gassosa è in grado di reagire o interagire con l'anidride carbonica atmosferica e altri gas. Non è quindi più un sistema chiuso. Questo libera l'anidride carbonica gassosa che era presente sotto forma di bolle e interrompe l'equilibrio dinamico che si era precedentemente stabilito quando la bottiglia era sigillata.
Quali sono le condizioni per l'equilibrio dinamico?
Le condizioni necessarie per l'equilibrio dinamico in una reazione sono date come segue:
- TLa quantità di reagenti e prodotti deve rimanere invariata rispetto all'inizio della reazione. Non è consentito aggiungere reagenti durante la reazione esternamente.
- La reazione dovrebbe avvenire in un sistema chiuso in modo che nessun'altra influenza o sostanza possa aggiungersi alla reazione.
- La reazione deve essere di natura reversibile.
- È importante mantenere i parametri fisici come temperatura, pressione, ecc. all'equilibrio durante tutta la reazione.
Come rilevare che un sistema è in equilibrio dinamico?
Possiamo dire che in equilibrio dinamico un sistema è in uno stato stazionario cioè le variabili in una reazione chimica non cambiano nel tempo poiché la velocità delle reazioni reversibile e diretta sono uguali.
- Se osserviamo una reazione in equilibrio dinamico, non saremo in grado di vedere alcun cambiamento e sembrerà che non sia in atto alcuna reazione. La reazione che avviene nella direzione di avanzamento viene tuttavia compensata dalla reazione che avviene contemporaneamente nella direzione opposta.
- ISe ti viene data una reazione puoi capire se la reazione è in equilibrio dinamico o meno osservando la quantità dei reagenti e dei prodotti della reazione. Se osservi che la quantità di prodotto supera la quantità di reagenti o la quantità di reagenti supera la quantità di prodotti, allora puoi annullare la possibilità di equilibrio dinamico nella reazione.
- Tuttavia, se vedi che la quantità di prodotto e reagente rimane la stessa di quella all'inizio della reazione, cioè la quantità di reagenti e prodotti rimane invariata durante tutta la reazione, allora potrebbe essere o meno in equilibrio dinamico. A volte i cambiamenti nella quantità di prodotti e reagenti sono molto piccoli e quindi difficili da rilevare ad occhio nudo. Altre volte la reazione può essere in equilibrio statico.
Cos'è l'equilibrio statico?
L'equilibrio statico in una reazione si riferisce alla fase in cui la reazione è ferma o non ha luogo alcuna reazione tra i reagenti o i prodotti.
Possiamo dire che nel caso dell'equilibrio statico, la velocità della reazione diretta e la velocità della reazione all'indietro sono entrambe pari a zero. La quantità dei prodotti e dei reagenti rimane invariata. Un esempio di equilibrio statico è il processo che prevede la formazione della grafite dal diamante e viceversa. La reazione è data dall'equazione C(diamante) ⇌ C(grafite)
La stabilità della grafite è più di quella di un diamante. È necessario riscaldare la grafite fino a 2000°C o più per attivarne l'attivazione energia e convertire in un diamante. A temperatura ambiente, questa conversione richiederebbe milioni di anni per essere completata. Ci sarebbe una quantità infinitesimale di conversione tra le due sostanze in condizioni generali. Quindi, si può dire che a temperatura ambiente questa reazione è in equilibrio statico.
Quali sono le differenze tra un equilibrio dinamico e uno statico?
| Equilibrio statico | Equilibrio dinamico |
| Questo tipo di equilibrio può essere raggiunto nelle reazioni irreversibili in generale. | Questo tipo di equilibrio può essere raggiunto nelle reazioni reversibili in generale. |
| I reagenti e i prodotti non partecipano ad alcun tipo di reazione dopo aver raggiunto l'equilibrio. | I reagenti e i prodotti partecipano contemporaneamente alla reazione anche dopo aver raggiunto l'equilibrio. |
| La velocità della reazione chimica diretta (tra i reagenti) e la velocità della reazione chimica inversa (tra i prodotti) sono entrambe uguali a zero, ovvero non reagiscono tra loro. | Si dice che la velocità della reazione chimica diretta (tra i reagenti) sia equivalente alla velocità della reazione chimica inversa (tra i prodotti). |
| Questo tipo di equilibrio può essere visto sia nei sistemi aperti che in quelli chiusi. | Questo tipo di equilibrio può essere visto solo nei sistemi chiusi. |
| In una reazione chimica, l'equilibrio statico è la fase in cui la reazione si arresta, ovvero non avviene alcuna ulteriore reazione tra i reagenti o i prodotti. | In una reazione chimica, l'equilibrio dinamico è la fase che si ottiene solo quando la velocità della reazione chimica inversa è equivalente alla velocità della reazione chimica diretta contemporaneamente durante il processo di reazione. |
| Viene utilizzato principalmente in un contesto meccanico. | Viene utilizzato principalmente in un contesto chimico |
Ci auguriamo che questo post abbia fornito tutte le informazioni necessarie sull'esempio dell'equilibrio dinamico.
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