一般大樓的頂樓 會設置一個水塔儲存自來水以供使用 假設該水塔於大樓的一樓裝設一個水龍頭 並且水塔裝設的高度夠高 則水塔內的水面高低所造成的流速變化甚小 我們可以知道這個水塔具有一個特性 那就是水塔內儲水量的多寡並不會影響到水龍頭出水的速率 也就是水龍頭的出水速率幾乎會是定值 而這個水塔中水流出的行為模式 就是零級化學反應的模式 另外 當水塔裝滿水後 若將水流出至儲水量剩一半時所需的時間 會比從儲水量一半開始再流出一半的水 至儲水量為四分之一時所需的時間長 這是因為水流出的速率固定 前者流出的水量是後者的兩倍 所以相對來說所需的時間亦為兩倍 這也是「零級化學反應」的一個重要特性 讓我們從這個簡單的例子開始 深入地討論零級化學反應吧 假設有一個零級化學反應 A生成P 其中A為反應物 P為產物 因為此為零級反應 所以速率定律式可以寫成如畫面式1所示 其中r為反應速率 k為速率常數 由速率定律式可以知道反應速率r等於k 且反應速率與反應物A的濃度無關 不會因為A的濃度發生變化而受到影響 若以反應物A的濃度為x軸 以反應速率r為y軸作圖 可發現反應速率與反應物的濃度無關 也就是不論時間為何 反應速率均為定值 將算式1中的一部分取出移項 可以將算式改寫為畫面中的式2 其中delta A為反應物A在經過delta t後 （也就是0至t時） 其濃度的改變量 所以可以將負delta A表示如畫面中式3所呈現 也就是用反應物A的初始濃度 減去時間等於t時反應物A之濃度 而delta t等於t減0 接著將式2與式3兩式合併成式4 然後再對式4進行移項 形成式5 移項後可獲得新算式 A的濃度等於A的初始濃度減kt 此算式符合線性方程式的關係 若將反應時間t當作x軸 A的濃度為y軸作圖 可以得到畫面中的結果 分析圖形 並且與線性函數「y等於mx加b」比較可以發現 當t等於0時 y軸上的截距為反應物A的濃度 也就是初始濃度 而斜率m等於負k 由圖可知 隨著反應時間的過去 反應物A的濃度會以線性的關係遞減 若觀察A的濃度與時間的關係 可知當固定時間間隔時 A的濃度會呈現出「等差數列」的關係 另外 在此跟大家討論半生期（也稱為半衰期）的概念 什麼叫做半生期呢？ 半生期可以定義為當反應物剩下一半所需要的時間 以t二分之一來表示 以反應物A而言 因其為「等速率」的化學反應 加上反應物逐漸減少 所以消耗一半反應物所需的時間會愈來愈少 也就是說對零級反應而言 半生期會愈來愈短 以式四而言 當其A的濃度等於二分之一初始濃度時 所需要的時間為半生期（也就是t等於t二分之一） 也就是初始濃度減二分之一初始濃度 會等於kt二分之一 接著我們整理此式 進行移項之後可以得到式7 也就是零級反應中半生期的通式 搭配式7的等式與圖形比對分析後 可以發現半生期會隨反應物濃度消耗而減少 對化學反應而言 大多數表面非勻相催化反應 皆為零級反應 現在我們來看零級反應實際上的例子 已知笑氣（一氧化二氮） 於加熱的白金表面上可被催化分解成氮氣與氧氣 其相關的實驗數據如圖所示 分析表格中的數據可以發現 每過20分鐘笑氣的濃度就會減少0.02 M 故0至20分鐘時的笑氣分解的平均速率為 每分鐘1乘以10的負3次方M 我們可以將這個實驗數據繪製成畫面中的圖形 仔細觀察圖形我們可發現斜率為負值 亦為速率常數之負值或反應速率之負值 且藉由圖形可知每經過20分鐘 笑氣就會消耗0.02 M 故可推估大約100分鐘時 笑氣就會消耗殆盡 另外將半生期標示出來 確實可發現半生期愈來愈短的趨勢 無論笑氣的濃度為何 反應速率均為定值 故此為零級化學反應 速率定律式可寫成如畫面中所示 為什麼笑氣在白金表面加熱分解為零級反應呢？ 假設在白金的表面上僅有三個「位置」可以催化笑氣的分解 雖然笑氣濃度增加 但是可用於催化分解的位置並沒有增加 所有的笑氣分子只好「排隊」進行分解反應 所以當笑氣濃度增加時 並不會加快反應速率 故為零級反應 請歸納說明零級化學反應的特徵 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 零級反應的化學反應速率與反應物濃度大小無關 反應速率均為定值 零級反應中 每經過相同時間間隔 反應物濃度會呈現「等差數列」的關係 因為零級化學反應為「等速率」的化學反應 半生期會愈來愈短 也就是剩下一半反應物的時間將會愈來愈少 同學們 這一個單元 你是否都學會了呢？ 歡迎在影片下方留言區告訴我們你的心得 我們下次見