化學平衡Chemical Equilibrium

化學原理啟迪134

1.      做化學計量的計算時，我們假設那些反應持續進行到完成為止，也就是，化學反應會進行到，其中某一個反應物完全消耗掉為止。

2.      許多反應確實是如此；對這類反應，我們可以假設反應物完全轉化成產物，所以少數殘留的限量反應物可以忽略。

3.      另一方面，有許多化學反應，反應的東西還沒有消耗光(還沒有反應完全)，就停止了。

4.      以「二氧化氮NO2轉變成二聚體N2O4」的反應為例：

2NO2 →N2O4(g)

5.      反應物「NO2」是紅棕色的氣體，產物「N2O4」是無色的氣體。在25℃的溫度下，「NO2」氣體被灌進，空氣預先排掉的密封玻璃瓶中，不久之後，因為「NO2」轉變成「N2O4」，氣體本來呈現的深棕色漸漸變淡。

6.      但是過了更長一段時間，氣體的顏色並沒有變成透明無色。相反地，最後棕色的深度穩定在某個色調，這代表「NO2」沒有繼續改變成「N2O4」。

7.      這個觀察非常清楚地指出，這個反應並不完全。然而，這個系統實際上已經達到「化學平衡chemical equilibrium」，化學平衡就是所有反應物與產物的濃度，無論在任何時間點，都保持固定的狀態。

8.      任何一個在密封容器中的化學反應最後都會達到平衡。

9.      有些反應平衡的位置，比較傾向於多多製造產物，所以整個反應看起來，反應物完全反應掉了。我們稱這種反應的平衡位置「朝右移動 far to the right」，朝向產物的方向移動。

10.  舉例來說，當「氫氣H2」與「氧氣O2」以正確比例混合，反應形成「水蒸氣H2O」，基本上，「氫氣」與「氧氣」會完全反應消耗掉；因為這個反應，殘留下來的反應物非常非常少，所以可以忽略稀少的殘留反應物。

11.  相反地，有些化學反應，參與反應的東西只有稍微反應一點點。

12.  舉例來說，當固體的「氧化鈣CaO」，被放在一個密閉的容器裡，溫度是25℃，「氧化鈣」分解成固體的「鈣Ca」與氣體「氧O2」的份量非常非常地稀少，幾乎無法察覺。像這樣的反應，平衡位置就是「朝左移動far to the left」，往反應物方向移動。

13.  這個章節我們將探討，化學系統是怎麼達成平衡？達成平衡的原因是什麼？以及一個平衡的化學系統有哪些特徵？此外，我們將討論如何計算，一個平衡的化學系統的反應物和產物的濃度。

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

 

徐弘毅：

1.      有許多人相信，經濟市場是「大者恆大」，所以，最後大的企業一定會吃掉所有小企業。這是錯的。

2.      也許有些企業在某一段時間看起來很大，並且吃掉許多小企業，但是歷史上從來沒有發生過大的組織愈來愈大，無限制擴大下去。為什麼？

3.      因為所有的社會都存在競爭。一個組織會變得龐大，是因為管理者在某段時間的智慧超過其它人，但是，這也很容易造成管理階層，開始過舒服擺爛的日子。

4.      處在弱勢的組織或個人，為了翻身而努力學習知識，知識累積到超越原本的強者，就能「以小搏大」，所以才會發生，微軟打敗IBM，谷歌打敗微軟，臉書打敗谷歌……。

5.      我們對所有事物的理解邏輯，會影響我們對科學的看法，如果一個人對社會的看法是靜態僵化的，習慣階級制度、迷信偶像一切都是完美的，或者「只相信派系，不相信自由競爭」……，那麼，在學習科學的時候就會感到困惑。

6.      因為，在化學的世界，所有的粒子都是不斷地在移動、擺動、碰撞、組合或分解中，物質並不是一個靜止的世界，而是高度自由競爭的複雜世界。

7.      化學反應進行的時候，反應的分子碰撞變成產物分子的同時，也有許多產物分子因為碰撞而變成反應物分子，到底最後是產物比較多？還是反應物比較多？要看競爭的結果。

8.      在25℃的溫度下密閉容器裡的「NO2」，沒有完全變成「N2O4」，這是因為反應經過一段時間之後，「NO2」分子碰撞變成「N2O4」的速率，與「N2O4」分子碰撞變成「NO2」分子的速率一樣。

9.      「所有反應物與產物的濃度，無論在任何時間點，都保持固定的狀態。」這種勢均力敵的情況就是平衡。

10.  所以，追求平衡，有可能是反應物逐漸消耗掉變成產物，有可能反應物消耗一些就停止了，也有可能反應物完全沒有消耗。

11.  正確觀察事實，思考現象背後的原因，養成理性的生活習慣，就是學習科學的挑戰。