化学平衡

平衡与速率(equilibrium versus rate)

计划一次公路旅行会引出两个完全不同的问题:我最终会到哪里,以及到那里要花多久?在化学里,这正是平衡和速率两个问题,把它们混为一谈会带来无穷的麻烦。平衡问的是反应最终安定在哪里——结束时有多少产物。速率问的是它多快到达那里。一个反应可能在终点上很慷慨,却在路上慢得让人发疯。

平衡属于热力学的领域:它由平衡常数和自由能支配,告诉你最终的组成,却对时间只字不提。速率属于动力学的领域:它由速率常数和活化能支配——活化能是反应必须翻越的那座能量山的高度——它告诉你时间,却不锁定终点。两者由不同的东西控制,可能指向不同的方向。

把它们分开来看,能解释化学中一些最惊人的事实。金刚石变成石墨在终点上是有利的(石墨更稳定),可是速率慢到金刚石实际上能存在到永远。催化剂是这道分界线最干净的例证:它加快旅程,让你更快到达平衡,却从不移动终点——它改变速率,而非平衡位置。诚实的总结是:两个问题都要问,绝不要让一个好产率骗你以为反应很快,反之亦然。

室温下的氢气和氧气混合物,其平衡常数极大,强烈偏向生成水,可这两种气体却能原封不动地共处多年。只要一个火花提供动力学上的推动,它们便在瞬间反应——终点同样有利,速率却天差地别。

平衡决定终点;速率决定路上花多久。

有利的平衡并不保证反应快,反应快也不保证产率高。催化剂只改变速率,绝不改变平衡位置或 K。

又称
thermodynamics versus kinetics热力学与动力学熱力學與動力學