化學平衡
化學平衡(chemical equilibrium)
想象一個擁擠的房間,兩個大廳之間有兩道門。有人不斷從A廳走進B廳,也有人不斷從B廳走回A廳。過了一會兒,每個廳裡的人數不再變化——不是因為沒人再走動,而是因為往一邊過去的人數恰好等於往另一邊過來的人數。門口依舊熱鬧,只是總數穩定了。化學反應也會達到這樣一種「僵持」狀態,我們稱之為化學平衡。
更準確地說,化學平衡是可逆反應所處的一種狀態:正反應(反應物變成產物)和逆反應(產物變回反應物)以完全相同的速率進行,於是每一種物質的量都不再隨時間改變。在恆溫恆壓的封閉系統中,反應會自發地走向這種狀態;它正是系統的吉布斯自由能達到最小值的那一點——此時已沒有任何淨的方向性推動力。
關鍵的提醒是:平衡並不意味著反應停止了,也不意味著反應物和產物的量相等。兩個方向的反應仍在底下進行,只是淨變化為零。平衡時實際的混合物可能幾乎全是產物、幾乎全是反應物,或介於兩者之間,這取決於具體的反應和條件。平衡講的是速率的平衡,而不是數量的相等。
把一些棕色的二氧化氮氣體封進試管,其中一部分會結合成無色的四氧化二氮。起初顏色變淡,隨後穩定在某個固定的色調上不再改變——但分子仍在不停地形成與分解。顏色之所以穩定,是因為此時兩個方向的反應速率相等了。
顏色穩定,分子忙碌——平衡是速率的平衡。
兩個常見誤解:以為反應停止了(其實沒有),以及以為平衡意味著反應物和產物等量(通常並非如此)。
又稱
另見