酸鹼與反應性基礎
化學平衡(chemical equilibrium)
想像一個擁擠的房間,有兩扇門,人們在兩半之間來回遊走。一旦每分鐘向左穿過的人和向右穿過的人一樣多,每一半裡的人數就不再變化——儘管所有人都還在走動。化學平衡正是如此:一個可逆反應,其正向和逆向反應以相同的速率進行,於是反應物和產物的量保持穩定。它是一種繁忙的平衡,而非凍結的停止;分子仍在兩個方向上不停轉化,但帳本不再變動。
這個平衡偏向哪一邊、偏多少,由平衡常數 K 來刻畫。它是事情安定下來後產物與反應物的比值:K 大意味著房間大多在產物那一側(反應強烈偏向產物),K 小意味著大多在反應物那一側,K 接近 1 意味著大致對半分。K 由熱力學固定——它直接與吉布斯自由能相連,因為 delta G 越負,K 就越大。對一個酸鹼反應來說這就是全部精髓:比一比 pKa 值,你就能一眼讀出 K,而平衡總是偏向「更弱的酸和更弱的鹼」那一邊。
兩條誠實的提醒能防止它被誤用。第一,平衡描述的是反應最終停在哪裡,而不是它多快到達那裡——一個反應可以有巨大的 K,卻要花極長時間才能到達。第二,催化劑會同等地加快正向和逆向,所以它幫你更快到達平衡,卻永遠不會改變平衡落在何處。改變濃度、溫度,或移走某個產物,可以使平衡移動(勒夏特列原理);催化劑不行。
對一個酸鹼反應,K = 10^(生成的酸的 pKa - 消耗的酸的 pKa)。如果你生成的是一個弱得多的酸(pKa 更高),K 就很大,平衡遠遠偏向產物。
平衡是一種動態的均衡;K 說明它停在哪裡,由熱力學決定,而非由催化劑決定。
催化劑改變的是速率,絕不是平衡的位置。它同等地降低正逆兩個方向的活化能,所以你更快到達,但到達的仍是同一個最終的平衡。
又稱
另見