连结：自发性反应的迷失(上)?
二、碳酸水溶液中的反应
上面的例子发生在家庭的药箱裏，接下来转到厨房的冰箱中最常看到碳酸饮料，为了简化讨论，将添加的色素、香料及甜剂均排除，仅探讨碳酸水溶液，即将 
?溶在水中的反应。儘管 ?溶在水中后会有微量的碳酸、碳酸氢根及氢离子产生如下：
(式-3)
事实上，二氧化碳溶在水中最主要的产物为 
，也是唯一我们感趣兴的物种，因为此乃吾等喝碳酸饮料时，产生嘶嘶凉爽的快感所在，其相对应的方程式如下：
?(式-4)
上列反应的标準反应自由能小于 
，即使非标準状态的因素，亦不会将其值转为正值，此反应也是热力学上的自发反应，但是从生活的经验可知，一杯碳酸饮料既使倒出瓶子一段时间，再喝时口腔中依然有嘶嘶的感觉，可见其亦为动力学的偏稳状态。
一般在室温下，二氧化碳被压在瓶内的水中，其水面和瓶盖之间的小小空间约存有 
的二氧化碳气体，此时整个系统在热力学上属于安定状态。
当瓶盖被打开时情况就不同了，随着二氧化碳的扩散，其分压迅速下降至和大气中所含二氧化碳的压力相等，大约为 
，下降几千倍左右，因此打开瓶盖后，上式必须依循勒沙特列原理，重新达到新的平衡，使平衡大幅往右进行。
若依此得到结论，达到平衡时再喝饮料，口腔中再也没有嘶嘶的感觉。确实若依亨利定律(Henry's law)，在室温下，碳酸水中所含所含二氧化碳的浓度 
应和液面二氧化碳的分压 
成正比，如下所示：
?(式-5)
这代表打开瓶盖前后，水中二氧化碳的含量约降低数千倍，但是若忽略打开瓶盖瞬间，大量扩散的二氧化碳，其实(式-4)的再平衡速率相对来说是属于缓慢的，若要溶液完全失去嘶嘶的能力，大约要数小数之久，此乃(式-4)在动力学上属于偏稳态的缘固。
有了上面的分析可知，任何增加(式-4)再平衡速率的因素，也会同时降低水中的二氧化碳，使得溶液维持偏稳态的时间缩短，因此依据上列影响反应速率的因素来看，温度愈高时，碳酸水的嘶嘶感消失的愈快，相反地，碳酸饮料摆在低温冰箱中，则能维持更久。
另外，粗糙的表面能让晶核的生成变容易，在其四周产生大量的泡泡，因此碳酸饮料加入多孔性的马克杯中，二氧化碳逸出的速率比在平滑的玻璃中还大，当然添加活性碳或食盐也能产生催化作用，使气泡的产生速率加速。另外，碳酸饮料大部分装在透明的玻离或塑胶瓶中，因为(式-4)的反应对照光没有实质的影响。
三、结论
经过上述分析得知，当反应的 
成立时属于热力学上的自发性反应，并不等于反应能即刻发生或立刻反应结束而达成平衡，必须还要考虑到反应动力学上的因素。
事实上，反应自由能小于 ，却不会立即反应的偏稳态系统，在日常生活中屡见不鲜，除了上述药箱中的双氧水能常期保存、碳酸饮料倒在杯内一段时间，仍能有嘶嘶作响的例子以外，像石墨虽较钻石稳定，却没有人曾担心过订婚钻戒会变质；氮气和氢气反应会生成氨，但若无哈柏法中的催化剂，合成肥料的梦想终究是梦想。
本文希望透过生活中的例子澄清被广泛使用的自发性反应(spontaneous reaction)， 并非即刻就能进行反应，其判断反应速率的快慢，尚须考量动力学上的各项因素方能克尽其功。
参考文献
