化學平衡
平衡的溫度依賴性(temperature dependence of equilibrium)
在你能對一個化學平衡施加的所有手段中——加反應物、壓縮、稀釋——溫度是特殊的那一個。濃度和壓強只是把混合物滑動到仍滿足同一個 K 的新位置。溫度則不同:它真正改變了 K 本身,也就是那個定義平衡所在之處的常數。加熱或冷卻不只是移動蹺蹺板,而是重造了這架蹺蹺板。
變化的方向取決於反應是放熱還是吸熱。把熱當作一個參與者來看。對放熱反應,熱實際上是一種產物,所以加入熱(升高溫度)會把平衡推向逆向、使 K 降低。對吸熱反應,熱實際上是一種反應物,所以加入熱會把它推向正向、使 K 升高。範特霍夫方程為這一趨勢給出了確切的數值。
這正是為什麼溫度是唯一真正能撬動 K 的槓桿,也是工業化學家為它絞盡腦汁的原因。誠實的矛盾在於:對平衡產率最有利的溫度,往往對反應速度最不利:放熱反應在低溫下產率更高,卻慢得令人絕望。因此真實工藝只能折中,常常借助催化劑把損失的速度贖回來。
由棕變無色的轉化 2NO2 ⇌ N2O4 是放熱的。把試管放進熱水中加熱,它會變深——平衡退向棕色的 NO2,K 下降。把它放進冰裡冷卻,它會變淺——平衡推向 N2O4,K 上升。
溫度是唯一改變 K(而不僅是混合物)的變化。
把熱當作反應物或產物只是用來記住方向的助記法。它能正確預測 K 往哪邊動,但變化的確切大小來自範特霍夫方程,而非這幅圖景。
又稱
另見