酸碱与反应性基础
化学平衡(chemical equilibrium)
想象一个拥挤的房间,有两扇门,人们在两半之间来回游走。一旦每分钟向左穿过的人和向右穿过的人一样多,每一半里的人数就不再变化——尽管所有人都还在走动。化学平衡正是如此:一个可逆反应,其正向和逆向反应以相同的速率进行,于是反应物和产物的量保持稳定。它是一种繁忙的平衡,而非冻结的停止;分子仍在两个方向上不停转化,但账本不再变动。
这个平衡偏向哪一边、偏多少,由平衡常数 K 来刻画。它是事情安定下来后产物与反应物的比值:K 大意味着房间大多在产物那一侧(反应强烈偏向产物),K 小意味着大多在反应物那一侧,K 接近 1 意味着大致对半分。K 由热力学固定——它直接与吉布斯自由能相连,因为 delta G 越负,K 就越大。对一个酸碱反应来说这就是全部精髓:比一比 pKa 值,你就能一眼读出 K,而平衡总是偏向「更弱的酸和更弱的碱」那一边。
两条诚实的提醒能防止它被误用。第一,平衡描述的是反应最终停在哪里,而不是它多快到达那里——一个反应可以有巨大的 K,却要花极长时间才能到达。第二,催化剂会同等地加快正向和逆向,所以它帮你更快到达平衡,却永远不会改变平衡落在何处。改变浓度、温度,或移走某个产物,可以使平衡移动(勒夏特列原理);催化剂不行。
对一个酸碱反应,K = 10^(生成的酸的 pKa - 消耗的酸的 pKa)。如果你生成的是一个弱得多的酸(pKa 更高),K 就很大,平衡远远偏向产物。
平衡是一种动态的均衡;K 说明它停在哪里,由热力学决定,而非由催化剂决定。
催化剂改变的是速率,绝不是平衡的位置。它同等地降低正逆两个方向的活化能,所以你更快到达,但到达的仍是同一个最终的平衡。
又称
另见