4.4. Уравнения равновесия и их различные формы

Первая форма уравнений равновесия.

Если плоская система сил уравновешена, то алгебраические суммы проекций всех сил на оси X и Y равны нулю, а также равна нулю алгебраическая сумма моментов всех сил относительно любой точки.

Уравнений равновесия три, т.е. в произвольной плоской уравновешенной системе число неизвестных сил не должно превышать трех.

Вторая форма уравнений равновесия.

Если произвольная плоская система сил уравновешена, то алгебраические суммы моментов сил относительно двух любых точек, а также алгебраическая сумма проекций сил на ось, не перпендикулярную прямой, проходящей через эти точки, равны нулю.

Третья форма уравнений равновесия.

Если произвольная плоская система сил уравновешена, то алгебраические суммы моментов сил относительно любых трех точек, не лежащих на одной прямой, равны нулю.

Частные случаи решения этого уравнения:

1. К телу может быть приложена уравновешенная система параллельных сил, тогда, рационально расположив оси координат (например, ось X – перпендикулярно силам, а ось Y – параллельно им) получим

Если плоская система параллельных сил уравновешена, то алгебраическая сумма проекций сил на ось, параллельную силам, и алгебраическая сумма моментов сил относительно любой точки равны нулю.

2. Расположив центры моментов A и В на прямой, перпендикулярной направлениям сил, получим

Если плоская система параллельных сил уравновешена, то равны нулю алгебраические суммы моментов сил относительно двух любых точек, лежащих на прямой, не параллельной линиям действия сил.

Для плоской системы параллельных сил получим два уравнения равновесия, т. е. для того, чтобы задача могла быть решенной, число неизвестных сил должно быть не больше двух. Вообще говоря, все задачи на равновесие системы сил, в которых число неизвестных не превосходит числа уравнений статики для этой системы, называются статически определимыми. Если же число неизвестных сил превышает число уравнений статики, которые возможно составить для данной системы, то задача называется статически неопределимой.

4.5. Балочные системы. Разновидности опор и виды нагрузок

Жесткая заделка

(М_а –момент, препятствующий повороту балки)

Объектом решения многих задач статики служат так называемые балки или балочные системы

. Балкой называется конструктивная деталь какого-либо сооружения, выполняемая в большинстве случаев в виде прямого бруса с опорами в двух (или более) точках.

По способу приложения силы условно делятся на сосредоточенные и распределенные.

1. Сосредоточенные силы. Предполагается, что нагрузка сосредоточена в точке.

2. Равномерно распределены.

Равномерно распределенная нагрузка задается двумя параметрами – интенсивностью q , т.е. числом единиц силы (Н или кН), приходящихся на единицу длины (м), и длиной l. В задачах статики, где рассматриваются абсолютно недеформируемые (твердые) балки, равномерно распределенную нагрузку можно заменять равнодействующей сосредоточенной силой .

4.6. Реальные связи. Трение скольжения и его законы

Если связь идеальная (связь без трения), то ее реакция направлена по нормали к поверхности или к кривой, ограничивающей свободу движения тела.

Если же тело опирается на поверхность реальной связи (связь с трением), то ее реакция отклоняется от нормали на некоторый угол

Таким образом, реакцию реальной связи можно рассматривать как геометрическую сумму составляющих — нормальной и касательной, которая и есть известная из физики сила трения.

будет максимальной при . Угол– максимальный угол, на который от нормали к поверхности реальной связи отклоняется ее реакция, называется углом трения.

–статическая сила трения или сила трения покоя.

.

Постоянное для двух соприкасающихся тел значение

называется статическим коэффициентом трения (значения коэффициентов трения приводятся в различных физических или технических справочниках), или коэффициентом трения покоя.

Что такое константа равновесия? — уравнение равновесия, динамическое и химическое равновесие

Что такое динамическое равновесие?
Итак, давайте определим равновесие. Динамическое равновесие, или химическое равновесие, относится к состоянию, в котором находится химическая реакция, когда прямая и обратная реакции протекают с одинаковой скоростью, что означает, что концентрации продуктов и реагентов остаются постоянными. Скорость, с которой продукты образуются из реагентов, такая же, как и скорость, с которой продукты расщепляются обратно на реагенты.

Имейте в виду, что это не означает, что концентрации реагентов и продуктов обязательно должны быть одинаковыми, просто скорости образования равны, поэтому общего изменения концентрации нет.

Связанная концепция называется гомеостазом, который, когда живой организм поддерживает свой рН, метаболизм, температуру и т. Д. в узком диапазоне благодаря саморегулирующемуся процессу. Это состояние может находиться или не находиться в фактическом равновесии.

Динамическое равновесие против химического равновесия
Динамическое равновесие и химическое равновесие эквивалентны в большинстве случаев. Химическое равновесие относится к химической реакции, при которой реагенты и продукты находятся в равновесии. Возьмем, к примеру, физический процесс без химических изменений, например, диффузию газов между контейнерами. Если бы это достигло равновесия, то это было бы формой динамического равновесия, но не формой химического равновесия.

Что такое константа равновесия? Что это означает?
Константа равновесия, K, представляет степень реакции, когда она находится в равновесии. Он использует концентрации и коэффициенты каждого реагента и продукта для формирования соотношения. Из значения K мы можем понять, какая реакция больше благоприятствует реагентам или продуктам, и, следовательно, где находится положение равновесия.

Если K> 1, положение равновесия лежит справа, что означает, что в реакции благоприятствует образованию продуктов.

Если K < 1, положение равновесия лежит слева, что означает благоприятное образование реагентов.

Аналогичным образом, если K = 1, это указывает на то, что положение равновесия находится непосредственно в центре, поэтому ни продукты, ни реагенты не являются предпочтительными.

Стоит отметить, что значение K и то, что оно указывает на реакцию, изменяется с температурой. Это связано с тем, что растворимость вещества может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от температуры; из-за этого концентрации и, следовательно, равновесие реакции также могут изменяться с температурой.

Уравнение равновесия
Как рассчитать константу равновесия
Для уравнения равновесия aA + bB ? cC + dD константу равновесия можно найти, используя формулу K = [C] c [D] d / [A] a [B] b, где K — константа. Концентрации всех продуктов указаны в числителе, а концентрации всех реагентов — в знаменателе; затем каждый компонент возводится в степень их удельного коэффициента. Константа равновесия равна константе скорости прямой реакции, деленной на константу скорости обратной реакции.

Это соотношение, константа равновесия, известно как закон массового действия. Закон гласит, во-первых, что скорость химической реакции прямо пропорциональна концентрациям ее реагентов. Во-вторых, и это более важно для нас прямо сейчас, в нем также говорится, что соотношение концентраций реагентов и продуктов является постоянным для реакции при равновесии. Эта константа известна как константа равновесия, K.

Также стоит отметить, что соотношение K = [C] c[D] d / [A] a[B] b прямо эквивалентно K = k вперед / k назад, где k вперед — константа скорости для прямой реакции, а k назад — константа скорости для обратная реакция:

Скорость вперед = k вперед x [A] a [B] b и скорость назад = k назад x [C] c [D] d
Таким образом, k вперед / k назад = [C] c[D] d / [A] a [B] b = K.

Это уравнение также объясняет, почему K указывает степень реакции. Если K> 1, то числитель, представленный концентрацией продуктов, больше. Если K < 1, то знаменатель, представленный концентрацией реагентов, больше.

Имейте в виду при вычислении K!
Чтобы рассчитать коэффициент равновесия, сначала напишите уравнение сбалансированного химического равновесия. Учитывая закон действия массы, коэффициенты каждого вещества имеют значение, поэтому важно, чтобы уравнение было правильно сбалансировано.

Кроме того, убедитесь, что выражение концентраций всех растворов согласовано. Это очень важно, потому что K определяется с использованием концентраций продуктов и реагентов. Чаще всего растворы выражаются в М или иногда в молях, если все растворы находятся в одном объеме. Твердым веществам, жидкостям и растворителям присваивается значение 1, поэтому их концентрации не влияют на значение K. Таким образом, только водные растворы и газы учитываются в выражении константы равновесия.

Как найти константу равновесия из других, известных значений K
Также можно найти константу равновесия для реакции, используя значения K для других известных реакций. В этих случаях необходимо соблюдать несколько установленных правил:

При объединении 2 или более реакций для создания новой, умножьте все существующие значения K вместе, чтобы получить константу равновесия для новой реакции. K новых = K 1 x K 2 x K 3 x …

При умножении всей реакции на числовой коэффициент N возведите существующее значение K в степень N, чтобы получить новую константу. K новых = (K оригинальных)N

При реверсировании реакции возьмите значение, обратное существующему значению K, чтобы получить новое. K новых = 1 / K оригинальных
При выполнении комбинации этих операций применяйте каждый шаг по мере необходимости. Например, если реакцию X сначала обратить вспять, а затем добавить к другой реакции Y, то K new = (1 / K X) x (K Y)

Связанный: Каков коэффициент реакции?
Коэффициент реакции Q очень похож на константу равновесия, с одним существенным отличием. Коэффициент реакции — это мера степени реакции в любой данный момент, а не только при равновесии. Это означает, что он учитывает относительные количества (концентрации) реагентов и продуктов в данный момент времени. В этом ключе Q = [C] c [D] d / [A] a [B] b, при этом концентрации реагентов и продуктов представляют их фактические концентрации в данный момент времени.

Сохраните материал в вашей социальной сети, чтобы легко найти его:

Ответы на домашние задания:

• Что такое ребенок, понятие, определение
• Природа гравитационных волн
• Кабо-Верде на карте мира
• Темная материя
• Преимущества изучения второго языка в раннем возрасте
• org/Article»>Слабые кислоты и слабые основания в химии
• Математика и физика теории путешествий во времени прояснены
• Теория прохладной Земли проливает больше света на алмазы
• Определение понятия предприниматель
• Химический элемент Хлор
• Среднее арифметическое число — простая формула, и как его найти?
• Программы для проверки грамматики в русском языке
• Значение Флага Доминиканской Республики и что обозначают его цвета
• Применение второго закона движения Ньютона
• Можно ли взломать Zoom Office of The CISO?

Балансовые уравнения и константы равновесия

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

1363

В сбалансированном химическом уравнении общее число атомов каждого присутствующего элемента одинаково в обеих частях уравнения. Стехиометрические коэффициенты — это коэффициенты, необходимые для балансировки химического уравнения. Они важны, потому что они связывают количество использованных реагентов и образовавшихся продуктов. Коэффициенты относятся к константам равновесия

, поскольку они используются для их расчета. По этой причине важно понять, как сбалансировать уравнение, прежде чем использовать его для расчета констант равновесия.

Введение

Существует несколько важных правил балансировки уравнения:

1. Уравнение можно сбалансировать только путем корректировки коэффициентов.
2. Уравнение должно включать только реагенты и продукты, участвующие в реакции.
3. Никогда не меняйте уравнение, чтобы сбалансировать его.
4. Если элемент встречается только в одном соединении с каждой стороны уравнения, попробуйте сначала сбалансировать этот элемент.
5. Если один элемент существует как свободный, балансируйте этот элемент последним.

Пример \(\PageIndex{1}\):

\[Н_2\; (ж) + О_2 \; (g) \rightleftharpoons H_2O \; (l) \nonumber \]

Поскольку оба реагента находятся в своих элементарных формах, их можно уравновесить в любом порядке. Сначала рассмотрим кислород. Два атома слева и один справа. Умножьте право на 2	\[H_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2H_2O(l) \nonumber \]
Далее сбалансируйте водород. Справа 4 атома, а слева только 2 атома. Умножьте водород слева на 2	\[2H_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2H_2O(l)\nonumber \]
Проверьте стехиометрию. Водород: слева 2 х 2 = 4; справа 2 х 2 = 4. Кислород: слева: 1 х 2 = 2; справа 2 х 1 = 2 . Все атомы уравновешены, поэтому уравнение правильно сбалансировано.	\[2H_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2H_2O(l)\nonumber \]

Пример \(\PageIndex{2}\):

\[Al \; (т) + MnSO_4 \; (водн. ) \rightleftharpoons Al_2(SO_4)_3 + Mn ; (s) \nonumber \]

Сначала рассмотрим ионы SO 4 2 — . В левой части уравнения один, а в правой — три. Добавьте коэффициент три к левой части.	\[Al(s) + 3MnSO_4(aq) \rightleftharpoons Al_2(SO_4)_3 + Mn(s) \nonumber \]
Далее проверьте атомы Mn. С правой стороны есть одна, но теперь с левой стороны их три от предыдущей корректировки. Добавьте коэффициент три в правой части.	\[Al(s) + 3MnSO_4(aq) \rightleftharpoons Al_2(SO_4)_3 + 3Mn(s)\без номера \]
Рассмотрим Ал. Один атом слева и два справа. Добавьте коэффициент два в левой части. Убедитесь, что на каждой стороне одинаковое количество атомов.	\[2Al(s) + 3MnSO_4(aq) \rightleftharpoons Al_2(SO_4)_3 + 3 Mn(s)\номер \]

Пример \(\PageIndex{3}\):

\[P_4S_3 + KClO_3 \rightleftharpoons P_2O_5 + KCl + SO_2 \nonumber \]

Эта задача сложнее. Во-первых, посмотрите на атомы P. Их четыре на стороне реагента и два на стороне продукта. Добавьте коэффициент два к стороне продукта.	\[P_4S_3 + KClO_3 \rightleftharpoons 2P_2O_5 + KCl + SO_2\номер \]
Далее рассмотрим атомы серы. Их три слева и один справа. Прибавьте к правой части коэффициент, равный трем.	\[P_4S_3 + KClO_3 \rightleftharpoons 2P_2O_5 + KCl + 3SO_2\номер \]
Теперь посмотрим на атомы кислорода. Три слева и 16 справа. Добавление коэффициента 16 к KClO 3 слева и KCl справа сохраняет равное количество атомов K и Cl, но увеличивает количество кислорода.	\[P_4S_3 + 16KClO_3 \rightleftгарпуны 2P_2O_5 + 16KCl + 3 SO_2\номер \]
Утроение трех других видов (P 4 S 3 , P 2 O 5 и SO 2 ) уравновешивает остальные атомы.	\[3P_4S_3 + 16 KClO_3 \rightleftгарпуны 2(3)P_2O_5 + 16KCl + 3(3)SO_2\номер \]
Упрости и проверь.	\[3P_4S_3 + 16KClO_3 \rightleftгарпуны 6P_2O_5 + 16KCl + 9SO_2\номер \]

Химическое равновесие

Сбалансированные химические уравнения теперь могут быть применены к понятию химического равновесия, состояния, в котором реагенты и продукты не претерпевают общих изменений с течением времени. Это происходит, когда прямая и обратная реакции протекают с одинаковой скоростью. Константа равновесия используется для определения количества каждого соединения, которое находится в равновесии. Рассмотрим химическую реакцию следующего вида: 9b} \nonumber \]

Активности продуктов указаны в числителе, а активности реагентов – в знаменателе. Для K _c активность определяется как молярная концентрация реагентов и продуктов ([A], [B] и т. д.). Строчными буквами обозначены стехиометрические коэффициенты, уравновешивающие уравнение.

Важным аспектом этого уравнения является то, что чистые жидкости и твердые вещества не включены. Это связано с тем, что их действия определены как одно целое, поэтому их включение в уравнение не имеет значения. Это связано с тем, что чистые жидкости и твердые тела не влияют на физическое равновесие; сколько бы ни было добавлено, система может раствориться только в той мере, в какой позволяет ее растворимость. Например, если к раствору добавить больше сахара после достижения равновесия, лишний сахар не растворится (при условии, что раствор не нагревается, что повысит растворимость). Поскольку добавление большего количества не меняет равновесия, оно не учитывается в выражении.

К относится к сбалансированной химической реакции

Ниже приведены концепции, которые применяются при корректировке К в ответ на изменения в соответствующем сбалансированном уравнении:

• Когда уравнение инвертируется, значение К инвертируется.
• Когда коэффициенты в сбалансированном уравнении умножаются на общий множитель, константа равновесия возводится в степень соответствующего множителя.
• При делении коэффициентов в сбалансированном уравнении на общий множитель берется соответствующий корень из константы равновесия.
• При объединении отдельных уравнений их константы равновесия перемножаются, чтобы получить константу равновесия для всей реакции.

Сбалансированное уравнение очень важно при использовании константы, потому что коэффициенты становятся степенями концентраций продуктов и реагентов. Если уравнение не сбалансировано, то константа неверна.

K ТАКЖЕ ОТНОСИТСЯ К СБАЛАНСИРОВАННОМУ ХИМИЧЕСКОМУ УРАВНЕНИЮ ГАЗОВ

Для газофазных равновесий уравнение является функцией парциальных давлений реагентов и продуктов. Константа равновесия выражается следующим образом: 9{\Delta n} \nonnumber \]

где

\[ \Delta n = (c+d) — (a+b) \nonnumber \]

Это представляет собой изменение молекул газа. a,b,c и d — стехиометрические коэффициенты молекул газа, найденные в уравновешенном уравнении.

Ни K _c , ни K _p не имеют узлов. Это связано с их формальными определениями с точки зрения деятельности. Их единицы измерения отменяются при вычислении, предотвращая проблемы с единицами измерения в дальнейших вычислениях.

92}{(0,5)} \nonumber \]

\[K_c= 0,024\nonumber \]

Примечание. Если бы уравнение не было сбалансировано при расчете константы равновесия, концентрация I ^— не имела бы был возведен в квадрат. Это дало бы неверный ответ.

для работы автоматического номера необходимо добавить на страницу шаблон «AutoNum» (желательно в конце).

Пример \(\PageIndex{5}\)

\[SO_2 \; (ж) + О_2 \; (g) \rightleftharpoons SO_3 \; (г) \номер\]

Сначала убедитесь, что уравнение сбалансировано.

Убедитесь, что S одинаково с обеих сторон. Есть по одному с каждой стороны. Затем посмотрите на букву О. Четыре слева и три справа. Добавление коэффициента к O 2 слева неэффективно, так как S справа также необходимо увеличить. Вместо этого добавьте коэффициент к SO 2 слева и SO 3 справа.

\[2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3\nonnumber \] 92 \times (0,45)} \) \( K_p= 3,2\) Авторы и авторство Шарлотта Хаттон, Сара Рино, Кертис Кортемайер Наверх Была ли эта статья полезной? Тип изделия Раздел или страница Лицензия CC BY-NC-SA Версия лицензии 4,0 Показать страницу TOC № на стр. Теги На этой странице нет тегов. Химическое равновесие — веб-формулы Определение: В химической реакции концентрация реагента и продуктов не меняется с течением времени, что называется химическим равновесием. Типы химического равновесия: 1. Гомогенное равновесие Все реагенты и продукты находятся в одной фазе и не могут быть разделены N 2(г) + 3H 2(г) → 2NH 3(г) 2. Гетерогенное равновесие Реагенты и продукты не находятся в гомогенной фазе и могут быть разделены. NH 3(г) + h3O (ж) → NH 4 OH (ж) Критерии химического равновесия: Реакция должна проходить в закрытом сосуде Реакция должна быть обратимой Температура, давление и концентрация реагентов остаются постоянными. Закон химического равновесия: Измерение равновесной концентрации выражается как константа равновесия. В равновесии скорости прямого и обратного процессов одинаковы, но скорость константы вообще разные. Чтобы определить константу равновесия, сначала рассмотрим простую обратимую реакцию при постоянной температуре. A + B → C + D Согласно закону активной массы скорость химической реакции пропорциональна произведению концентрации в молях в соответствующей степени реагентов при данных температуре и давлении. Скорость превращения А и В пропорциональна их концентрации и обозначается как r 1 r 1 = k 1 × [A] × [B] k 1 — константа скорости или коэффициент скорости, а квадратные скобки обозначают концентрации (моль/литр) вещества, заключенные в скобки Аналогично, скорость превращения C и D следующая: r 2 = k 2 × [C] × [D] будет равно, r 1 = r 2 k 1 × [A] × [B] = k 2 × [C] × [D] k 1 /k 2 = [C] × [D]  /  [A] × [B] = K eq Keq – константа равновесия при данной температуре. Keq = [C] × [D]  /  [A] × [B] Это уравнение называется уравнением закона химического равновесия. В равновесии концентрация реагентов выражается в молях/л, поэтому Keq = Kc, а если она выражается в виде парциального давления, то Keq = Kp. Расчеты: Пример 1: Два моля водорода реагируют с 2 молями йода с образованием 2 молей йодистого водорода в 10-литровом сосуде при температуре 700 К. Равновесие расширено до 60%, рассчитайте Kc. H 2(г) + I 2(г) ↔ 2HI (г) Причина:    Концентрация реагентов Концентрация продуктов [Ч] [Я] [HI] В начале 2 родинки 2 родинки 0 молей При 60% равновесии 1,2 моля 1,2 моля 2,4 моля Не используется 0,8 моль 0,8 моль 2,4 моль моль/л при равновесии 0,8/10 моль/л 0,8/10 моль/л 2,4/10 моль/л   Объем = 10 л В состоянии равновесия Kc = [HI] 2 / [H][I] Kc = (0,24) 2 / 0,08 × 0,08 = 9,0 моль/л Пример 2: Значение Kc равно 0,04 при 400K для приведенной ниже реакции. Концентрация водорода 0,6 моль/л, йода 0,8 моль/л. Рассчитайте концентрацию йодистого водорода. H 2(г) + I 2(г) ↔ 2HI (г) Причина: Kc = 0,04 моль/л [H] = 0,6 моль/л [I] = 0,8 моль/л K c = [HI] 2 / [H][I] 0,04 = [HI] 2 / (0,6 × 0,8) [HI] 2 = 0,04 × 0,6 × 0,8 = 0,0192 [HI] = (0,0192) 1/2 = 0,0138 моль/л Пример 3: Найдите равновесную концентрацию диоксида серы и триоксида серы в 1-литровом сосуде при 400K, взяв по одному молю каждого из них. Значение Kc равно 25 для приведенной ниже реакции. SO 2(g) + NO 2(g) ↔ SO 3(g) + NO (g) Reason:   Концентрация реагентов Концентрация продуктов   [СО 2 ] [№ 2 ] [СО 3 ] [НЕТ] В начале 1 моль 1 моль 1 моль 1 моль В равновесии X молей X молей X молей X молей Не используется 1-Х родинки 1-Х родинки 1+ X молей 1+ X молей Моль/л при равновесии (Объем = 1 л) 1-Х моль/л 1-Х моль/л 1+ X моль/л 1+ X моль/л   K c = [NO][SO 3 ] / [SO 2 ] [NO 2 ] 25 = {(1 + Х) (1 + Х)} / {(1 — Х) (1 — Х)} 25 = (1 + Х) 2 / (1 — Х) 2 5 = (1 + Х) / (1 — Х) 5 – 5Х = 1 + Х X = 0,66 моль/л [SO 3 ] = 1 + X = 1,66 моль/л [SO 2 ] = 1 — X = 0,33 моль/л Пример 4: Рассчитайте Kp для реакции, в которой сероводород в твердом аммонии нагревали до температуры 400 К, при которой общее давление внутри замкнутой системы составляло 0,16 атмосферы при равновесии. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт 2019 © Все права защищены.