在化學的世界裡 可逆反應的平衡就像個蹺蹺板 在一個已經平衡的反應中 增加了反應物 反應像個叛逆的小孩 就是要唱反調的往生成物的方向移動 讓反應的蹺蹺板回到原來的平衡位置 這就是所謂的勒沙特列原理 當平衡系統中有氣體成分時 體積改變會影響氣體分壓 增加外壓 氣體的體積減少 氣體的活動空間會變小 大家覺得體積的改變 是不是一樣也遵守蹺蹺板平衡的勒沙特列原理呢？ 若一般的均相氣態反應式如畫面所示 加壓時 正、逆反應速率不相等而破壞平衡 造成平衡移動 壓縮或擴大體積 使得平衡系統中氣體的分壓或濃度產生改變 為抵消體積改變所造成的壓力變化 反應利用平衡的移動 使容器內粒子數減少或增加來維持現狀 體積壓縮使得壓力增加 根據勒沙特列原理 壓力增加 氣體活動空間變小 平衡要往粒子數少的方向移動 以適應小空間 這個例子中便是向右反應 而向右反應 每消耗 1 分子 A 和 2 分子 B 就會生成 1 分子 C 和 1 分子 D 粒子總數減少 壓力再次降低 體積擴大使壓力降低 氣體活動空間變大 平衡要往粒子數多的方向移動 以適應大空間 透過產生更多數量的氣體分子來做到這一點 在這個情況下 平衡位置將向反應的左側移動 最後粒子總數增加 壓力再次升高 在哈伯法製氨的例子裡 方程式如畫面所示 透過方程式可知 係數可看成是化學反應與平衡移動變化時的消耗或增加的莫耳數 當壓力升高時 平衡為了抵抗增加的壓力則平衡向右移動 每一次向右反應 便減少 1 分子氮氣和 3 分子氫氣 就會生成 2 分子氨氣 粒子數減少便能使壓力下降 維持系統平衡的穩定性 反之 壓力降低又如何呢？ 當壓力下降時 平衡為了抵抗減少的壓力則平衡向左移動 每一次向左反應 減少 2 分子氨氣 就會生成 1 分子氮氣和 3 分子氫氣 粒子數增加便能使壓力上升 維持系統平衡的穩定性 如果增加壓力 對兩邊的分子數相同的反應 如：氫氣與碘生成碘化氫的反應 平衡會怎麼樣呢？ 改變壓力對平衡位置沒有影響 因為兩邊的分子數量相等 就無法透過粒子數目的改變造成平衡移動 因此當壓力上升時 平衡並不會移動 僅能讓系統僅能維持在上升的壓力值 反之 壓力下降亦然 平衡不會移動 那如果在已平衡的製氨反應中 改變了下面的條件 那平衡該如何移動呢？ 一、溫度、總壓力固定時 加入不反應的氬氣 平衡應如何移動？ 二、溫度、體積固定時 加入不反應的氬氣 平衡又該如何達成呢？ 同學們可以來思考一下 首先來討論第一個條件： 若加入氬氣的同時 系統總壓力固定 此時根據理想氣體方程式 增加的莫耳數會使容器體積膨脹 以維持恆壓 而外加入的氬氣 並不會與容器內的其他氣體反應 因此氬氣本身不會對平衡成影響 但氬氣加入改變氣體總莫耳數 因而膨脹體積 這就會影響平衡了！ 我們應該如何思考呢？ 體積增大後 各成分氣體分壓變小 也就是氫氣、氮氣、氨氣的分壓皆變小 此時狀態 便與先前提到的勒沙特列 「體積變大、壓力減少」的情況相同 平衡應往氣體粒子數增加的方向移動 換句話說 為了抵抗壓力下降 平衡必須往氨氣分解的左方移動 接著來討論固定體積的情況： 若加入氬氣並固定系統的總體積 各成分氣體的分壓也沒有改變 代表著系統仍維持在原來的平衡狀態 既然沒有分壓的變化 則平衡不需要移動 因此 固定體積的狀況加入不反應的氬氣 並不會對平衡造成影響 經過剛剛的討論 想必大家都擁有勒沙特列的預測能力 很會判斷平衡移動的方向了吧！ 來練習一下 在此平衡系中 氮氣的分壓為 1 atm 下列哪些操作會使氮氣的分壓小於1atm？ 答案是B和D 各物質的分壓瞬間變大 平衡向左 但氮氣的分壓仍比原來大 各物質的分壓瞬間變小 平衡向右 但氮氣的分壓仍比原來小 氦氣不反應 各物質的分壓不變 平衡不移動 加入氦氣後 但總壓仍不變 但總壓仍不變 表示容器的體積變大 各物質的分壓瞬間變小 平衡右移 但氮氣的分壓仍比原來小 氮氣的分壓瞬間變大 平衡左移 但氮氣的分壓仍比原來大 在這個單元裡 我們學會了判斷壓力影響平衡移動的方向 接下來要繼續深入認識勒沙特列原理更細部的變化 趕快到下一個單元學習吧！