歷史的故事化學的故事

化學平衡的美

  
他是一個礦物學家,
有天,在實驗室裡研究碳酸鈣礦石在水中的溶解,
他發現碳酸鈣溶在水中,
不會一直的溶解下去,
是有一定的量。
他反覆地實驗,都得到相同的結果,
證明,這現象的背後有一個「律」,
化學反應是趨向「平衡」
這個定律已經寫在普世的化學課本上,
稱為「化學反應平衡定律」。

  
  勒沙特烈(Henri Louis Le Chatelier, 1850-1936)在1884年提出「化學反應平衡定律」,是近代科學一個重要發現。這個定律解釋了過去困擾許多科學家的問題。例如,地下水長期以來在地下流動,同時就會溶解礦物,因此地下水流得愈慢,與礦物接觸的時間愈久,地下水中的無機鹽類就會持續增加。


  但是事實並非如此,許多地下水中的鹽類總濃度,只比地面的河水高一些,比海水的鹽類濃度低很多。可見地下水對於流經礦物的溶解,到某一個階段就會趨近於「平衡」,不會無限制的溶解下去。幸好,有這平衡的法則,否則地下水的鹽類濃度持續升高,人就無法將地下水作為淡水補助的重要水源。


  迄今,全世界約有50%的人口,80%的農作生產,主要的水源是來自地下水,甚至超商所賣的「礦泉水」,好酒的釀造,都有賴當地地下水的特性。其最主要的關鍵就在這個法則,默默地保守地下水,只要在平衡的狀態下,鹽類就不會持續地增加上去。


  既然化學反應會有平衡,平衡時生成物與反應物的濃度比值,在固定的溫度下,就是一個定值,稱為「化學平衡常數」。不同的化學反應,有不同的平衡結果,所以有不同的平衡常數。勒沙特烈繼而發現,一旦溫度與壓力改變,原本已達平衡狀態的化學反應,又會變成不平衡,繼續產生化學反應,不過末了,反應又會趨向平衡。


  因此他提出,化學平衡是維持大自然穩定的關鍵機制,任何外在環境的變動,無論是溫度的劇烈改變,或是大洪水,或是大地震,或是任何大變動,只不過改變大自然原來的平衡狀態,但是不久之後,大自然又會抵達一個新的平衡,使生物得以繼續存活。舊的平衡已經過去,新的平衡還會再來,這成為大自然抵抗外在變動的法則。


  這個法則如此重要,所以放在普世的化學課本內,勒沙特烈晚年對學生說道:「化學不是一本字典或百科全書,要學生去記憶裡面的繁瑣細節。化學的美,是在瞭解邏輯的思考與演進」,這是學習化學的目的。

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