化學平衡
編輯在化學反應中,化學平衡是指反應物和產物都以沒有隨時間進一步變化的趨勢存在的濃度存在的狀態,因此系統的性質沒有可觀察到的變化。 當正向反應以與逆向反應相同的速度進行時,就會出現這種狀態。 正逆反應的反應速率一般不為零,但相等。 因此,反應物和產物的濃度沒有凈變化。 這種狀態稱為動態平衡。
歷史介紹
編輯在 Berthollet 發現某些化學反應是可逆的之后,化學平衡的概念于 1803 年提出。 對于任何處于平衡狀態的反應混合物,正向和反向(反向)反應的速率必須相等。 在下面的化學方程式中,箭頭指向兩個方向以表示平衡。 A 和 B 是反應物化學物質,S 和 T 是產物物質,α、β、σ 和 τ 是各自反應物和產物的化學計量系數:
α A + β B ? σ S + τ T
如果在平衡狀態下幾乎所有反應物都被消耗,則稱反應的平衡濃度位置位于最右邊。 相反,如果反應物幾乎沒有形成任何產物,則稱平衡位置遠在左側。
按照慣例,乘積構成分子。但是,質量作用定律僅適用于通過單一過渡態進行的協調一致的一步反應,并且通常無效,因為速率方程通常不遵循化學計量 Guldberg 和 Waage 提出的反應。然而,正向和反向反應速率相等是化學平衡的必要條件,盡管它不足以解釋為什么會出現平衡。
盡管這種推導有局限性,但反應的平衡常數確實是一個常數,與所涉及的各種物質的活性無關,盡管它確實取決于溫度,如 van't Hoff 方程所觀察到的那樣。 添加催化劑將以相同的方式影響正向反應和逆向反應,并且不會對平衡常數產生影響。 催化劑將加速這兩個反應,從而增加達到平衡的速度。
盡管宏觀平衡濃度在時間上是恒定的,但反應確實發生在分子水平上。 例如,在乙酸溶于水并形成乙酸鹽和水合氫離子的情況下,
CH3CO2H + H2O ? CH3CO?2 + H3O+
一個質子可以從一個乙酸分子跳到一個水分子上,然后跳到一個乙酸陰離子上,形成另一個乙酸分子,而乙酸分子的數量不變。 這是一個動態平衡的例子。 與熱力學的其余部分一樣,平衡是統計現象,是微觀行為的平均值。
勒夏特列原理 (Le Chatelier's principle) (1884) 預測平衡系統在其反應條件發生變化時的行為。 如果動態平衡因條件變化而受到干擾,則平衡位置會移動以部分逆轉變化。 例如,從外部添加更多 S 會導致產物過多,系統會嘗試通過增加逆反應和將平衡點向后推來抵消(盡管平衡常數將保持不變)。
如果將無機酸添加到乙酸混合物中,增加水合氫離子的濃度。
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