化學平衡(Chemical Equilibrium)

化學平衡(Chemical Equilibrium)
台北縣立樹林高級中學化學科蔡孟璇實習老師 / 國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

有些化學反應中，將反應物混和在一起並放到容器內後，反應物開始變成生成物，而生成的產物也會分解回反應物，剛開始反應物生成產物的速率（正反應速率）比產物分解速率（逆反應速率）快。經過一段時間後，隨著反應物的量減少，正反應速率降低到達一底限不再變化，同時逆反應速率隨產物濃度提高分解速率增加，最後也達到瓶頸不再增加。於是在一段時間後反應容器中，反應物和生成物會同時存在，且濃度不隨時間增加或減少，我們稱此反應系統處於「化學平衡(Chemical equilibrium)」。簡潔來說，當一個化學反應進行時，化學平衡是用來描述反應物或生成物濃度不再隨時間變化時的狀態，這時正反應速率等於逆反應速率且不為零，反應物和生成物的濃度皆為常數。雖然巨觀上觀察不到產物和反應物的濃度變化，但是分子層面裡，產物和反應物之間的轉換時時刻刻都在進行，我們稱化學平衡為「動態平衡(dynamic equilibrium)」。

化學平衡的觀點是根據貝多利特(Claude Louis Berthollet, 1748–1822)的觀點所發展出來的，因為他在埃及觀察鹽湖岸邊的碳酸鈉結晶是由鹽湖中的氯化鈉和岸邊岩石的碳酸鈣作用的結果，認為在化學反應產物有足夠量時反應是可逆的。

對一化學反應，以雙箭頭表示向左和向右反應皆可進行，表示產物同時也是反應物，即在往右的正反應中A和B是反應物而S和T為生成物，相對的在往左的逆反應中S和T是反應物而A和B為生成物，和為反應係數。平衡的位置(The equilibrium position)是由正逆反應速率的比例（正反應速率／逆反應速率）決定的，如果正反應速率大於逆反應速率，則反應向右進行，在系統到達化學平衡狀態時，產物濃度比反應物高。

綜合一下有關化學平衡狀態的特性：
1. 系統為密閉系統，沒有物質與能量的進出。
2. 系統的顏色、壓力、濃度、密度等性質將固定不變。
3. 當系統條件改變時，如改變溫度或壓力或移除產物，反應會遵循勒沙特列原理，重新建立起新的化學平衡。
4. 化學平衡是一種動態的過程。也就是說，當達成平衡時，系統在外觀上不再有變化，事實上，正、逆向的反應仍在進行，只是兩者反應速率相等。
5. 在反應中加入催化劑，可以改變達到平衡的時間（也就是改變反應速率），但不能改變平衡狀態。

參考資料：
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_equilibrium