化學反應達到平衡的速率

化學原理啟迪136

1.      為什麼會出現平衡呢？會出現化學反應，主要的原因是參與反應的分子互相碰撞。

2.      「碰撞的能量」能夠打斷反應物分子的化學鍵，讓組成分子的原子，重新組合，形成產物（新的分子）。

3.      因為氣體分子碰撞的速率，取決於分子的濃度，所以，反應的速率端看反應物的濃度。當反應物的分子互相碰撞，就會形成產物：

H2O(g)+CO(g)→H2(g)+CO2(g)

4.      產物愈來愈多，反應物愈來愈少，反應物的濃度下降，造成朝向右邊移動的反應速率下降，也就是整個化學反應慢下來了。

5.      就像橋樑車流量的比喻，這個反應也有朝左邊相反方向的反應：

H2(g)+CO2(g)→H2O(g)+CO(g)

6.      實驗一開始，沒有「氫氣H2」與「二氧化碳CO2」，所以，逆反應不存在。然而，當正反應forward開始進行之後，「氫氣H2」與「二氧化碳CO2」的濃度逐漸累積，因此逆反應reverse的速率開始增加，而正反應的速率減慢。

7.      最後，每種物質的濃度會達到，「正反應的速率」與「逆反應的速率」一樣的平衡點。

8.      如果一個容器裡的反應已經平衡，再加入一些水蒸氣，會發生什麼事呢？

9.      在回答這個問題之前，我們必須確定「平衡狀態」的意義：平衡狀態中，反應物與產物的濃度維持固定不變，因為正反應與逆反應的速率一樣。

10.  如果我們灌注一些水分子H2O，正反應：H2O(g)+CO(g)→H2(g)+CO2(g) 會變得怎麼樣呢？應該會加速，因為有更多的水分子，那麼，水分子與一氧化碳分子之間，就會有更多的碰撞。

11.  接著，新產生的更多的產物，造成逆反應：H2(g)+CO2(g)→H2O(g)+CO(g) 也加速。

12.  所以，多灌注一些水分子到瓶子，系統的穩定狀態會改變，直到正反應與逆反應再次取得平衡。

13.  那麼，新的平衡位置會製造更多還是更少的產物呢？仔細想想，後面的章節將會有所解答。

14.  一個反應的平衡位置，是朝向左邊、右邊，還是二者之間？取決於以下幾個因素：1.初始濃度（反應前的濃度）、2.反應物和產物的相對能量、3.反應物和產物的相較之下的結構堅固度。

15.  能量和結構也對平衡有影響，是因為自然界總是追求最小能量與最大亂度。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》

 

徐弘毅：

1.      一個反應的平衡位置，會往哪邊移動？取決於初始濃度（反應前的濃度）、2.反應物和產物的相對能量、3.反應物和產物的相較之下的結構堅固度。

2.      初始濃度（反應前的濃度）－濃度愈高，代表粒子彼此碰撞頻率愈高，那麼，打斷或重組化學鍵的機會就變高，反應速度就加快。

3.      利用擴散原理提煉²³⁵U的含量到3%的目的，就是因為鈾原料的濃度提高，可以更有效率地發電。

4.      反應物和產物的相對能量－有些反應物的能量比較高，朝向某個方向變化之後，能量下降變得比較穩定；例如：N2H4(l)+2H2O2(l)→N2(g)+4H2O(g)。

5.      有些產物能量比較高，反應物比較穩定，恢復成反應物比較穩定；例如：2Hg(l)+O2(g)→2HgO(s)。

6.      反應物和產物的相較之下的結構堅固度－例如「乙烷C2H6」有二種結構，「重疊式構象eclipsed conformation」和「交錯式構象異構物 staggered conformation」。

7.      「重疊式」的乙烷，2個「碳」原子的3顆「氫」原子，彼此並排，活動空間小，容易發生引力互相推擠，破壞掉結構；「交錯式」乙烷，2個「碳」原子的3顆「氫」原子，彼此交錯排列，活動空間大，比較穩定。

8.      所以，一群乙烷分子互相碰撞，化學變化的結果，一定是絕大多數的乙烷分子都變成「交錯式構象」。