2010年8月27日 星期五

平衡常數 The Equilibrium constant

化學原理啟迪138


1.      科學,基本上是以觀察經驗為依據的-它是奠基於實驗的。平衡的觀念,就是典型的依據實驗而發展的科學。


2.      透過觀察各式各樣的化學反應,挪威化學家 「古爾德貝格Cato Maximillian Guldberg」和 「瓦格Peter Waage」在1864年,提出 質量反應定律the law of mass action」,作為平衡狀態的定義。


3.      假設有一個化學反應如下:


jA+kB←→lC+mD


4.      這裡,ABCD是化學物質,jklm是它們在平衡狀態的係數。「質量反應定律」可寫成以下的「平衡方程式equilibrium expression」:


 


5.      括弧[ ] 代表每種化學物質的濃度K固定不變的數值,稱為「平衡常數equilibrium constant


6.      古爾德貝格和瓦格發現,所有的化學反應都依據這個關係來平衡。


7.      當我們把觀察到的濃度,輸入依據「質量反應定律」所建立的「平衡方程式」,就會得到「常數」(溫度固定,並且假設氣體反應是理想氣體)。


8.      因此,一個反應系統的平衡常數,可以透過測量到反應物與產物的濃度,計算出來。


n   翻譯編寫Steven S. ZumdahlChemical Principles


徐弘毅


1.      平衡常數是什麼?反應物產物的固定比數。


2.      反應物產物之間的固定比例關係怎麼來的呢?


3.      依據質量守恆定律,化學反應的過程,不會憑空出現原子,也不會無故失去原子。所以,參與反應的化合物產物都會有固定的數量比例。平衡的化學反應式中,每個化合物的係數,就是他們的莫耳數量比例。


4.      為什麼平衡常數,要用平衡的化學反應中每個化合物的「係數」,當成平衡方程式的「指數」?


5.      哈柏法的例子來說,合成「氨」的平衡方程式是


N2+3H2→2NH3


6.      1斷裂出來的N原子,需要跟容器裡所有的氫分子,做多少次有效碰撞才能夠合成氨分子3


7.      1N原子,跟容器裡所有H2分子有效碰撞一次,得到1H原子,結合成-N-H」。


8.      1N原子,再跟容器裡所有H2分子有效碰撞第二次,再得到1H原子,結合成--H-N-H」。


9.      1N原子,再跟容器裡所有H2分子有效碰撞第三次,再得到1H原子,結合成NH3」。


10.  每一次有效碰撞,都是對容器裡所有H2分子碰撞容器裡所有H2分子就是「氫H2」的「濃度」= 莫耳數/體積 = [H2]


11.  所以,一顆N原子,要成為「氨」,必須與H2碰撞 [H2]3次。


12.  哈柏法中,平衡的方程式顯示需要3莫耳3氫氣分子,平衡方程式就以3做為有效被撞擊的次數(指數)


13.  質量反應定律the law of mass action」,是依據的「質量守恆定律」寫出平衡方程式,找到每種化合物的固定的數量比例,並且依據「能量守恆定律」認為,每一個平衡的化學反應,需要打斷與產生的化學鍵數量是固定的,因此,有效碰撞次數也是固定

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