作者KBmax (James阳)
看板Chemistry
标题Re: [高中] 水溶液H+,OH-浓度成积为定值的背後意义 ?
时间Sun Sep 1 17:46:05 2019
※ 引述《webster1112 (webster)》之铭言:
: 问一下
: 水溶液
: 酸 硷 中性
: H+ , OH- 浓度乘积为定值 Kw 的机制 为何?
: 背後物理/化学原因 为何 ?
: 谢谢回应
: (我猜 酸性时 H+量大 抑制中和掉 OH-
: 但值为何 刚好 积为定值 不随酸硷性改变?
: 是(统计物理)温度结果? 瞎猜)
我们可以从动力学与热力学的两个角度切入
动力学(kinetics):我们为了阐述概念的本质,我们以理想气体H+与OH-和H2O模型来描
述,并假设反应是单纯的单步骤mechanism (elementary reaction),我们知道化学反应
速率与反应物的浓度成正比,当正逆反应达到detailed balance 时,反应物与生成物的
浓度即达定值,而一般水中proton与hydroxide 结合成water 的反应速率极快,无论溶液
进行了什麽变化,基本上可视为立即达平衡,故ion product of water永远成定值(此处
由於水分子数量极大,我们忽略他的浓度变化的动力学效应,意即水解离的反应速率呈定
值)
热力学(thermodynamics):自然界的一切变化都必须满足一个条件,无法违背热力学第二
定律,故一系统的变化永远朝向减低自由能(Free energy)的趋势前进,我们以一般化学
平衡的等温等压系统为例,当一系统不对外做功(work)时,系统达平衡的唯一条件就是
ΔG=0即Gibbs free energy 不再减少,而要满足这个条件,生成物与反应物的chemical
potential必须相等(或是成特定比例),使得每一次的化学变化,无论正逆反应,都不
会再使自由能变化
而根据热力学(或统计力学statistical mechanics)的推论,我们知道chemical potent
ial受物质浓度的影响(来自混合增熵)故达平衡的条件,即是生成物与反应物浓度比例
固定(即平衡常数equilibrium constant),同样这里因为水分子本身数量极大,我们忽
略水本身的混合效应(视为纯物质),故chemical potential保持不变,故平衡常数以pr
oton与hydroxide 的浓度积表示
这里能影响系统的热力学参数以温度压力和物质浓度为主(可参考Gibbs phase rule),
又由於凝态系统压力造成的影响微乎其微,故平衡常数仅仅受温度影响(浓度因为有达平
衡的constraint 已不是自由参数)
希望有帮到你^_^
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3F:→ KBmax: 是一样的东西,自由能最小化,就是在讲热力学第二定律与第 10/17 22:20
4F:→ KBmax: 一定律结合的推广。有需要可以重读一下平衡态热力学 10/17 22:20
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8F:→ KBmax: 不正是热力学第二定律的描述吗? 10/17 22:22