Mikä on dynaaminen tasapaino?

Dynaaminen tasapaino on tila, jossa tuotteiden suhde reagensseihin kemiallisessa reaktiossa pysyy vakiona. Tuotteiden ja reagoivien aineiden vakio suhde ei tarkoita, että reaktio on täysin staattinen tai että reagoivat aineet eivät reagoi muodostaen tuotteita, ja päinvastoin. Tämäntyyppinen tasapaino on ”dynaaminen”, koska reaktiivisten aineiden ja tuotteiden välillä tapahtuu jatkuvaa vaihtoa, kun reaktio kuluttaa edelleen reagensseja tuotteiden muodostamiseksi ja tuotteiden kulumista reagenssien muodostamiseksi. Tuotteiden ja reagoivien aineiden suhde ei muutu, koska tuotteita suosiva reaktionopeus ja reagoivia aineita suosiva reaktionopeus ovat yhtä suuret. Yhtä suuret nopeudet eivät muuta tuotteen ja reagoivan aineen suhdetta ajan kuluessa, joten reaktion sanotaan olevan tasapainossa tai vakaassa tilassa.

Reaktion on oltava palautuva, jos sen halutaan saavuttavan minkä tahansa dynaamisen tasapainon. Käänteinen reaktio on kemiallinen reaktio, jossa reagoivat aineet voivat reagoida muodostaen tuotteita, jotka voivat reagoida keskenään muodostaen alkuperäiset reagenssit. Käänteiset reaktiot suosivat usein joko reagensseja tai tuotteita, joten vaikka reaktion on mahdollista edetä molempiin suuntiin, reaktio pyrkii tuottamaan enemmän yhtä kuin toista. Tämä tarkoittaa, että dynaamisen tasapainon “sijainti” voi sisältää suuremman määrän joko tuotteita tai reagoivia aineita. Tasapainovakiota käytetään kuvaamaan ja tekemään laskelmia tietyn reaktion tasapainon sijainnista.

Monet erilaiset muuttujat, jotka liittyvät kemialliseen reaktioon, voivat muuttaa dynaamisen tasapainon asemaa. Le Châtelierin periaate tarjoaa kemistille yleisen tavan ajatella muutoksia dynaamisessa tasapainossa. Periaatteessa todetaan yleensä, että kun stressiä kohdistetaan tasapainotilassa olevaan reaktioon, reaktio siirtyy suuntaan, joka minimoi tasapainon muutoksen. Jos tasapainossa olevaan reaktioon lisätään lisää reagoivaa ainetta, tasapaino siirtyy kohti tuotteita ja saavutetaan uusi tasapaino, joka perustuu uuteen reagenssiin ja tuotteen pitoisuuksiin.

Dynaaminen tasapaino liittyy olennaisesti kemiallisten reaktioiden nopeuteen. Dynaamista tasapainoa voidaan ajatella kahdena erillisenä kemiallisena reaktiona. Toinen tapahtuu eteenpäin, jolloin reagoivat aineet muodostavat tuotteita, kun taas toinen tapahtuu päinvastaiseen suuntaan, kun ensimmäisen reaktion tuotteet muodostavat reagensseja. Lopulta nämä kaksi reaktiota asettuvat tasapainoon niiden tasapainovakioiden perusteella. Tasapainossa eteen- ja käänteisreaktio tapahtuvat samalla nopeudella.