http://blog.udn.com/Gabriel33/4679331 化學平衡Chemical Equilibria－自由能與平衡常數的關係（二） |
平衡常數K，依據質量反應定律，比較平衡狀態下，反應後、前各物質濃度乘積的比例。
有機化學的基礎190
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研析心得：
1.
平衡常數K，依據質量反應定律，比較平衡狀態下，反應後、前各物質濃度乘積的比例。
jA+kB←→lC+mD
K＝[C]l[D]m／[A]j[B]k
2.
各物質濃度乘積（
[C]l[D]m、[A]j[B]k）是什麼？參與反應的物質粒子的總撞擊力；依據碰撞理論，化學平衡是粒子互相碰撞的結果，平衡常數是正反應與逆反應的碰撞力量的比值。
3.
「濃度」（[A] 、[B]、 [C]、 [D]），物質粒子每單位空間的數量；平衡方程式的「係數」（j、k、l、m），代表要反應成某個化合物需要經歷的有效碰撞的次數。
4.
以物質的「濃度」當底數，「係數」當成指數，乘出來的結果（[A]j、[B]k、[C]l、[D]m）是：每單位體積，某個「反應物」粒子，變成「產物」的有效碰撞總次數，也可以看成每單位體積碰撞總能量。
5.
舉例來說，合成氨的反應：N2(g)+3H2(g)←→2NH3(g)。反應物「氮氣N2」與「氫氣H2」斷裂的分子碎片「N‧」、「H‧」這些離子碎片與「氫氣H2」，至少有效碰撞2次，才組成2個氨NH3分子。因此碰撞成氨的總能量是[NH3]2。
6.
在平衡狀態下，「產物的濃度乘積」與「反應物的濃度乘積」相比，就是在比較「反應物變成產物的總能量」與「產物變成反應物的總能量」，當環境條件固定的時候，這是一個固定的數值，稱為「平衡常數」。
7.
由於而正反應速率來自於「反應物變成產物的總能量」，逆反應速率來自於「產物變成反應物的總能量」，所以，比較這正、逆反應速率，也會得到平衡常數：
K＝k1/k－1
8.
那麼，取平衡常數K的自然對數「lnK」，這是什麼意思呢？
9.
自然界的能量總是兩兩 相對，互相抗衡，取得平衡。一個平衡的反應就是正反應的力量與逆反應的力量，互相抗衡的結果。一個原子或分子的系統平衡，由原子核的正電荷力量與電子的負電荷力量，相互抗衡而得。
10.
兩兩 相對的能量，如何在空間中運動的呢？原子核正電荷與周圍電子互相推擠的力量，造成原子或分子不斷地旋轉，這股旋轉的力量持續不斷，造成原子或分子在空間中筆直往前移動，所以，空間中的粒子是一邊旋轉一邊直線前進的。
11.
如果把一個粒子在三度空間中旋轉往前的運動軌跡，像壓花那樣壓扁在一個平面上，就會出現螺旋狀往外擴展的花紋圖形（筆直前進的力量，轉化為不斷放大的螺旋圈圈）。
12.
螺旋能量線上的每一個點「自然數e」，都是由粒子的正電與負電協力做成的。從圖形來看，自然對數的數值變大一點點，螺旋能量線就延伸得出非常大一圈。
13.
所以，物質粒子濃度增加、速率增加、溫度增加一點點，正反應與逆反應的比例就會指數性巨幅增加。這就是為什麼自由能變化ΔG°會指數性地影響平衡常數，自由能ΔG°一點點的改變，往往會造成平衡常數非常大的改變。
14.
自然對數lnx是什麼？截彎取直的數值，也就是直接推測螺旋從圓心往外擴的直線距離單位。如果是用三度空間中的粒子運動來看，自然對數就是粒子從起點旋轉前進到某個點的直線距離單位。
15.
「RTlnK」是什麼？
16.
「ln」的底數是「自然數e」，「自然數e」指出這是正、逆反應二股力量構成的活動，也就是基本單位是兩兩 相對的力量；「K」是正、逆反應達到平衡的總能量比例；
17.
「lnK」是達到平衡，基本單位「e」需要乘上自己的次數（指數），是衡量達到平衡所需能量的單位。
18. 「RT」溫度中蘊含的熱能。熱能「RT」，能推動粒子旋轉前進，影響粒子的動能，因此連帶影響達到平衡的速度；所以，「RT」乘上「lnK」是物質粒子在特定溫度下，達到平衡的能量單位。
19. 依據ΔG°＝－RTlnK，自由能變化如果是負數，就會產生自發性反應，為什麼？
20. 不要忘了「平衡常數K」是「正反應速率」/「逆反應速率」的比值，如果「正反應速率」遠遠快於「逆反應」，那麼，它的「自然對數lnK」就是正數。
21. 加上系統溫度很高，絕對溫度是正數，那麼，「熱能」會使已經超前的正反應速率變得更快，因此，系統很容易自己起反應，不需要任何外力。
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