# Why Some Reactions Are Spontaneous

小球在两条轨道上滚动，说明反应为什么会自发进行，以及活化能山丘如何决定反应快慢，并比较氢氧反应与过氧化物分解。

By 薇薇

Topic: Physics & Chemistry

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## Transcript

### 1. 两条下坡路

这张台子上有两条轨道，各代表一个化学反应。后面高的一条是氢气和氧气变成水，前面矮的一条是有机过氧化物分解。小球的高度代表能量：滚得越低，放出的能量越多。

拖动空白处可以转动台子。

### 2. “自发”就是能往下走

化学家说一个反应“自发”，意思是终点比起点低，反应一旦开始就能自己往下走，不用一直推。两条轨道的终点都比起点低，所以两个反应都是自发的。氢氧反应的落差大得多。

每生成18克水，氢气和氧气放出约286千焦的热量。

### 3. 中间隔着一座山

起点和终点之间有一座山丘，叫作“活化能”：反应要先把旧的化学键拉开，才能走下坡。分子靠互相碰撞获得能量，室温下的碰撞太轻，小球只能在谷底晃。试着把后面的小球拖上山坡再松手。

拖动后面轨道上带黑边的小球。

### 4. 牢固的化学键

氢分子的H–H键和氧分子的O=O双键都非常牢固，拉开它们需要很大的能量。所以这座山特别高。氢气和氧气混在一起，室温下可以放上很多年都不反应。

拆开H–H键约需436千焦每摩尔，O=O键约需498千焦每摩尔。

### 5. 一点火花

火花只让少数分子获得足够能量翻过山顶。它们反应时放出的热，又把旁边的分子推过山顶，一传十、十传百，眨眼间全部反应完。火花只是推了一把，大量的能量来自反应本身。

### 6. 脆弱的过氧键

有机过氧化物里有一个氧–氧单键，强度大约只有碳–碳键的一半。所以它的山丘很矮，稍微加热就能翻过去。断开的碎片很活泼，放出的热又让分解更快，所以很多过氧化物要冷藏保存。

成包的过氧化苯甲酰在约70 °C时，就可能自己越分解越快。

### 7. 催化剂：换一条矮路

铂、钯这样的催化剂，能给反应找一条更矮的路。山丘变低了，但起点和终点的高度一点没变，放出的能量也一样。在钯的表面，氢气和氧气在室温下就能慢慢变成水。

### 8. 两个不同的问题

判断一个反应，要问两个问题。终点是不是更低，决定它能不能自发进行；中间的山有多高，决定它现在会不会发生、有多快。放出的能量再多，也不会让山变矮。

钻石变成石墨也是自发的，只是慢得几乎永远看不出来。