什么是平衡

平衡通常指系统和环境中的变化不可见的状态。为了在化学反应中达到这种状态，反应物会经历可逆反应，其中它们的能量不断降低，直到达到一种低能量的特定状态，在此状态下，正向反应速率等于逆向反应速率。反应物倾向于保持这种低能量状态，除非受到干扰。这种状态被称为平衡。

让我们通过以下例子来理解它；

密闭容器中有一种液体。通常，液面看起来是恒定的，但事实并非如此。具有高动能的液体分子不断从液面进入气相，同时，气相中一些动能较小的分子不断撞击液面并返回液相。因此，蒸气压保持恒定，因为液相和气相之间存在平衡，离开液相的分子数量等于返回液相的分子数量。换句话说，蒸发速率等于冷凝速率。

H₂O (l) ⇌ H₂O (vap)

在上述反应中，两个半箭头表示平衡，或者表示正向和逆向反应同时以相同速率发生。这种存在于不同相之间的平衡被称为物理平衡。

与物理平衡类似，也存在化学平衡。让我们以一个可逆化学反应为例，其中反应物 A 和 B 发生化学反应，生成产物 C 和 D。当产物浓度增加，反应物浓度减少时，就会出现一个阶段。这导致逆向反应与正向反应同时发生。在某一阶段，正向反应速率变得等于逆向反应速率，从而导致化学平衡，如下所示；

A + B ⇌ C + D

下面给出了一些显示平衡的可逆化学反应的例子；

• N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
• 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃
• PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂
• 2NO ⇌ N₂ + O₂
• H₂ + I₂ ⇌ 2HI

如我们所知，在平衡状态下，正向反应速率等于逆向反应速率。因此，如果我们看上面提到的第一个反应，NH₃ 的形成速率等于 NH₃ 的分解速率。因此，如果我们观察氨的浓度，它将保持不变，因为其形成速率等于其分解速率。例如，如果氨的浓度是 5 克，那么五分钟后它也将是 5 克。同样，在这个阶段反应物的浓度也将相同。因此，在平衡状态下，每个反应物和产物的浓度保持恒定。因此，这种反应正在进行但浓度变化不可见的平衡被称为动态平衡。

化学平衡的特点

1. 它具有动态性，因为正向和逆向反应同时进行。
2. 它可以从任一侧实现，例如，无论是氨分解成氮和氢作为反应物，还是氮和氢作为反应物生成氨。
3. 在给定温度下，初始浓度对平衡时的相对浓度没有影响，例如，如果反应物和产物的浓度比为 1:2，那么当你将该反应物的浓度加倍时，它仍然是 1:2。
4. 在平衡状态下，反应的颜色将保持不变。
5. 在平衡状态下，可测量的性质，如压力和密度，保持不变。
6. 它只能在密闭容器中实现。在开放容器中，气态产物会逸出，这将导致没有逆向反应，从而无法达到平衡。
7. 催化剂可以帮助提前达到平衡点，因为它会同时增加正向和逆向反应的速率。

平衡的类型：基于反应速率

1. 静态平衡
2. 动态平衡

什么是静态平衡？

它是一种平衡类型，其中正向反应和逆向反应的速率为零。它是在反应物和产物之间没有交换，并且它们的粒子保持静止时建立的。钻石转化为石墨是静态平衡的一个例子。

什么是动态平衡？

在这种平衡类型中，正向反应的速率与逆向反应的速率相同。动态平衡是在可逆反应发生后建立的。因此，它出现在可逆化学反应中，其中反应物和产物的比例保持不变。这是因为转化为产物的反应物量与转化为反应物的产物量相同。此外，所有反应物和产物的分压也保持不变。

动态平衡的例子

1. i) 一瓶充气饮料含有固定量的液相二氧化碳。当它被打开时，液态二氧化碳开始转化为气相或气态二氧化碳，直到达到平衡。在平衡状态下，二氧化碳从气相转化为液相的速率等于其从液相转化为气相的速率。
2. 醋酸的解离也会导致在相同相中出现酸碱平衡，如下面反应所示；
   CH₃COOH ⇌ CH₃COO^- + H⁺
3. 二氧化氮的二聚化也显示出气相平衡，如下所示；
   2NO₂ ⇌ N₂O₄
4. 哈伯法合成氨，例如，N₂ (g) + 3H₂ (g) ⇌ 2NH₃ (g)

静态平衡和动态平衡的区别

化学平衡的类型：基于反应物和产物的物理状态

i) 均相化学平衡

在这种平衡类型中，化学反应的反应物和产物处于同一相。它可以进一步分为两种类型；第一种类型指的是反应物和产物分子数量相同的反应，如下所示；

H₂ (g) + I₂ (g) ⇌ 2HI (g)

N₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2NO (g)

上述两个反应显示均相平衡，因为所有反应物和产物都处于相同的气态。它们的分子数量也相同。

在第二种类型的均相平衡中，参与反应的物质分子数量不相同，如下所示；

2SO₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2SO₃ (g)

ii) 多相化学平衡

在这种类型中，反应物和产物不处于相同的物理状态，如下面反应所示；

CO₂ (g) + C (s) ⇌ 2 CO (g)

CaCO₃ (S) ⇌ CaO (s) + CO₂ (g)

在第一个反应中，二氧化碳是气态，碳是固态。在第二个反应中，碳酸钙和氧化钙是固体，而二氧化碳是气体。