物理过程中的平衡

平衡存在于物理过程中，就像它存在于化学反应中一样。物质（如固体、液体和气体）的不同状态或相之间出现的平衡称为这种平衡。让我们仔细看看平衡如何在物理过程中起作用。物质经历各种相变过程，包括固体⇌液体、液体⇌气体、固体⇌气体。让我们看看它们如何在这些变化中达到平衡。

物理过程中的平衡

Equilibrium is the state of a process in which the properties of the process, such as pressure, temperature, and so on, do not change throughout time.

Processes of Equilibrium :

• Chemical Process
• Physical Process

The equilibrium is called physical equilibrium when the opposing processes simply involve physical changes.

物理平衡是指可以在物理过程中观察到的平衡状态。它是同一化学物质在几个阶段之间的平衡状态。物理平衡是两个或多个相或物理性质之间处于平衡状态。在这些操作中不会改变化学成分和特性。它还表示同一物质以两种或多种物理状态存在。此外，物理平衡可以划分如下：

• 溶质-固体平衡
• 相平衡
• 气液平衡

物理平衡的类型

平衡描述了系统感兴趣项目的内容和组成。它不受时间流逝的影响。此外，在平衡条件下，正向和反向反应速率总是相同的。在我们的环境中可以找到许多示例，例如桌子上的书、饱和溶液和极性溶剂中的离子化合物等。

现在让我们详细介绍多种类型的物理平衡，以便更好地理解。

• 溶质-固体平衡

当饱和溶液中的溶质与未溶解的溶质相互作用时，从溶液中析出的分子数等于从固体溶解到液体中的分子数。结果，溶液中的未溶解固体和溶质处于平衡状态。因此，

溶质(aq) ⇌ 溶质

• 相平衡

在 0°C 时，变成冰的水分子的数量等于水分子的总量。这是因为冰正在融化以产生液态水。水结冰的速度等于冰融化的速度。结果，固态冰和液态水之间将存在平衡。因此，

冰 (s) ⇌ 水 (l)

化学的相平衡是一种极其活跃的平衡。在密闭容器中，变成蒸气的分子数将等于冷凝成液体的分子数。因此，我们可以说液态水的蒸发速率等于水蒸气冷凝的速率。液相以这种方式与其气相平衡。因此，

水 (l) ⇌ 水 (g)

• 气液平衡

不能与液体反应但可以与液体压力成正比溶解的气体。液体内部的气体和其上方的气体在密闭容器中处于平衡状态。例如，在软饮料中，液体中的二氧化碳气体将与容器空间中的气体平衡。所以，

气体（溶液）⇌气体（g）

固液平衡

如果您在 273 华氏度和大气压下将冰和水完全隔离在保温瓶中，会发生什么？我们可以观察到冰和水的质量没有变化，温度也没有变化，表明系统处于平衡状态。然而，平衡不是静态的，因为在冰水界面处有很多活动。一些冰分子溶解在液态水中，而另一些则与冰粉碎并粘在上面。尽管进行了这种交换，冰和水的质量保持不变。这是因为在 273K 和大气压下，冰分子转移到水的速度和相反的过程是相等的。

冰和水显然只有在特定的压力和温度下才能平衡。因此，任何纯物质在大气压下的正常熔点或正常凝固点被定义为固相和液相平衡的温度。

由于冰水系统处于动态平衡状态，我们可以推断出：

1. 两个程序同时进行。
2. 这两个过程同时发生，产生等量的冰和水。

液汽平衡

让我们尝试下面的实验来更好地理解这个概念。

实验：在装有水银 U 型管的透明盒子中，例如压力计，放置干燥剂，例如无水氯化钙，放置数小时。盒子里的所有水分都会被它吸收。通过将盒子倾斜到一侧，您可以快速去除干燥剂并用装满水的培养皿替换它。

观察：

1. 压力计中的水银缓慢上升，直至达到一个恒定值。由于水分子进入气相，压力计内的压力升高。
2. 盒子最初没有水蒸气。培养皿中的水量随着蒸发而减少，而盒子中的压力升高。
3. 由于蒸汽凝结成水，压力增加的速度随着时间的推移而降低。
4. 最后，它达到既不发生净蒸发也不发生冷凝的点。

结论：

1. 当蒸发速率等于冷凝速率时，平衡就建立了。
2. 水的平衡蒸气压定义为水分子在给定温度下处于平衡状态时所施加的压力。随着温度的升高，水的蒸气压升高。

The temperature at which water begins to boil 

Different liquids have different equilibrium vapour pressures at the same temperature. The volatile liquid with a higher vapour pressure has a lower boiling point. Let’s use the following experiment to better comprehend this notion.

Experiment: Three Petri dishes containing 1ml each of acetone, water, and ethyl alcohol should be exposed to the environment. In a warmer room, repeat the experiment with varying liquid quantities.

Observation :

1. The liquid eventually evaporates in every situation.
2. Each liquid takes a different amount of time to evaporate completely.

固汽平衡

对于升华的固体，达到了这种形式的平衡。当将固体碘放入密闭容器中时，容器中开始形成紫色蒸气，强度随着时间的推移而增加，直至达到恒定强度。此时已达到平衡，即

固体 I ₂升华成蒸气的速度 ⇌ I ₂蒸气冷凝成固体 I ₂的速度

固溶平衡

假设将恒定量的糖引入固定体积的室温水中，并用玻璃棒彻底旋转。糖会继续溶解，但最终不会再有糖溶解了。相反，它沉到了最底层。溶液现已达到饱和并处于平衡状态。此时，由于未溶解糖表面的许多糖分子进入溶液，溶液将相同数量的糖分子返回到未溶解糖的表面。结果，溶液中溶解糖的量和糖浓度保持恒定。

溶解率⇌沉淀率

固体在给定温度下在给定溶剂中的溶解度定义为在该温度下溶解在 100 克溶剂中形成饱和溶液的固体的克数。

气液平衡

在苏打水瓶中，可以找到这种形式的平衡。在瓶子内，存在一种平衡状态，即：

CO ₂ (g) ⇌ CO ₂ (溶液)

亨利定律断言，在任何温度下，溶解在一定量溶剂中的气体的质量与溶剂上方的气体压力成正比，即 m α p 或 m=Kp

其中 K 是比例常数，称为亨利常数。它的价值取决于气体的性质、液体的类型和温度。

密封的苏打水瓶中液体上方的气体压力很高，因此溶解的气体质量也很高。一旦打开瓶子，压力就会下降到大气压，从而降低溶解度并使溶解的气体逸出。

固体或气体在液体平衡中的溶解

• 液体中的固体：当您通过在高温下溶解糖然后将其冷却至室温来制备浓糖溶液时会发生什么？糖颗粒确实是分开的。因为在给定温度下没有额外的溶质（即糖）可以溶解在其中，所以浓糖溶液是饱和溶液。温度影响饱和溶液中的溶质浓度。固态溶质分子和饱和溶液中的溶质分子处于动态平衡。此外，糖溶解的速率等于糖结晶的速率。
  • 示例：当您在饱和溶液中将放射性糖与非放射性糖混合时会发生什么？一段时间后，您会注意到溶液和固体糖中的放射性。该溶液起初不含放射性糖分子。
• 液体中的气体：当我们打开汽水瓶时，为什么它会发出嘶嘶声并发出声音？由于CO ₂在不同压力下的溶解度不同，一些溶解在其中的CO ₂会迅速挥发掉。 – 是气体形式的 CO ₂分子与在压力下溶解在液体中的分子之间的平衡。

CO ₂ (气体) ⇌ CO ₂ (溶液)

亨利定律负责这种平衡。它断言，在任何温度下，溶解在给定量溶剂中的气体质量与溶剂上方的气体压力成正比。随着温度的升高，这个量会减少。汽水瓶在气体压力下密封，具有高水溶性。当瓶子打开时，一些 CO ₂会逸出以试图在环境中重新建立平衡或分压。当一瓶苏打水打开太久时，它会变平。

物理过程中的平衡特征

1. 在物理过程的平衡过程中，相反的过程以相同的速度发生，并且存在动态而稳定的条件。
2. 只有封闭系统才能在给定温度下建立物理过程的平衡。
3. 在特定温度下，物理过程中的平衡由其参数之一的恒定值定义。
4. 上述参数在任何阶段的大小表示物理过程在达到平衡之前已经推进了多远。
5. 系统的所有可量化属性保持不变。

示例问题

问题 1：什么是平衡常数，它是什么意思？

答案：

The value of a chemical reaction quotient at the point of chemical equilibrium is known as the equilibrium constant. The composition will have no discernible propensity to shift at this time.

问题 2：给出物理过程中平衡的四个特征。

答案：

Characteristics are:

1. Properties of system constant.
2. Two opposite process will be equal.
3. It attain only close vessels.
4. The size of the above-mentioned parameter at any stage indicates how far a physical process has advanced before reaching equilibrium.

问题 3：在平衡过程中，两个相互对立的物理过程是什么？

回答：

Equilibrium is the state of a process in which characteristics such as temperature, pressure, and reactant and product concentrations in the system do not change with the passage of time. Every chemical or physical process has two opposing forces: a driving force and an opposing force.

问题4：在化学中，相平衡是什么意思？

答案：

The amount of water molecules that convert into ice at 0°C is equal to the entire amount of water molecules. This is due to the melting of ice, which produces liquid water. The rate at which water freezes will be the same as how quickly ice melts. As a result, there will be a balance between solid ice and liquid water. Thus,

Ice(s) ⇌ Water(l)

The phase equilibrium in chemistry is a very dynamic equilibrium. The number of molecules that transform to vapour in a closed container is equal to the number of molecules that condense into liquid. As a result, we may say that the rate of evaporation of liquid water is equal to the rate of condensation of water vapour. In this way, the liquid phase and its vapour phase are in equilibrium. Therefore,

Water(l) ⇌ Water(g)