Avainero tasapainon ja vakaan tilan välillä on, että tasapainotilassa kaikkien komponenttien pitoisuudet pidetään vakiona, kun taas vakaassa tilassa vain jotkut komponentit pidetään vakioina.
Kun yksi tai useampi lähtöaine muunnetaan tuotteiksi, ne voivat käydä läpi erilaisia muutoksia ja energiamuutoksia. Reagensseissa olevat kemialliset sidokset katkeavat ja uusia sidoksia muodostuu tuottamaan tuotteita, jotka ovat täysin erilaisia kuin lähtöaineet. Tätä me kutsumme kemialliseksi reaktioksi. Tasapaino ja vakaa tila ovat tärkeitä kemiallisia käsitteitä erilaisissa kemiallisissa reaktioissa.
Mikä on tasapaino?
Jotkin reaktiot ovat palautuvia, kun taas jotkut reaktiot ovat peruuttamattomia. Reaktiossa lähtöaineet muuttuvat tuotteiksi. Joissakin reaktioissa reagoivat aineet syntyvät uudelleen tuotteista. Nimeämme tämän tyyppiset reaktiot palautuviksi. Palautumattomissa reaktioissa, kun reagoivat aineet ovat muuttuneet tuotteiksi, ne eivät uusiudu tuotteista uudelleen.
Reversiibelissä reaktiossa, kun lähtöaineet muuttuvat tuotteiksi, kutsumme sitä eteenpäin reaktioksi. Kun tuotteet muuttuvat reagensseiksi, kutsumme sitä taaksepäin reaktioksi. Kun eteenpäin- ja taaksepäinreaktioiden nopeus on yhtä suuri, reaktio on tasapainossa. Siksi lähtöaineiden ja tuotteiden määrä ei muutu ajan kuluessa.
Kuva 01: Lämpötasapaino
Kääntyvät reaktiot pyrkivät aina saavuttamaan tasapainon ja säilyttämään sen. Kun järjestelmä on tasapainossa, tuotteiden ja lähtöaineiden määrän ei tarvitse välttämättä olla yhtä suuri. Reagensseja voi olla suurempi määrä kuin tuotteita tai päinvastoin. Ainoa vaatimus tasapainoyhtälössä on ylläpitää vakiomäärä molemmista ajan mittaan. Tasapainossa olevalle reaktiolle voidaan määritellä tasapainovakio, joka on yhtä suuri kuin tuotteiden pitoisuuden ja reaktioiden pitoisuuden välinen suhde.
Mikä on vakaa tila?
Ajatellaan reaktiota, jossa reagoiva aine A menee tuotteeksi C välituotteen B kautta. Tällaisessa reaktiossa A muodostaa B:n ja sitten se kuluu loppuun muodostaen C:n. Ennen reaktion alkamista vain A ja B alkavat hitaasti kerääntyä. Ajan myötä A:n määrä kuitenkin pienenee ja C:n määrä kasvaa, mutta B:n määrä pysyy suunnilleen samana ajan myötä. Tässä tilassa, heti kun B:tä muodostuu lisää, se tyhjenee antamaan C:tä nopealla nopeudella ylläpitäen vakaan tilan pitoisuutta. Siten B:n synteesinopeus=B:n kulutusnopeus.
A ⟶ B ⟶ C
Vakaan tilan oletus: d(B)/dt=0.
Mitä eroa tasapainolla ja vakaalla tilassa on?
Tasapaino ja vakaa tila ovat tärkeitä kemiallisia käsitteitä. Keskeinen ero tasapainon ja vakaan tilan välillä on, että tasapainossa kaikkien komponenttien pitoisuudet pidetään vakioina, kun taas vakaassa tilassa vain jotkut komponentit pidetään vakioina. Tasapainotilassa komponenttien pitoisuudet ovat vakioita, koska reaktionopeudet ovat samat eteenpäin- ja taaksepäinreaktiossa. Vakaassa tilassa vain jotkut komponentit ovat vakioita, koska sen synteesinopeus ja kulutus ovat samat. Tätä varten reaktioiden ei välttämättä tarvitse olla tasapainossa.
Yhteenveto – Tasapaino vs. vakaa tila
Tasapaino ja vakaa tila ovat tärkeitä kemiallisia käsitteitä. Keskeinen ero tasapainon ja vakaan tilan välillä on, että tasapainotilassa kaikkien komponenttien pitoisuudet pidetään vakiona, kun taas vakaassa tilassa vain jotkut komponentit pidetään vakioina.
