可逆反应（Reversible Reaction）与化学平衡

在探讨化学平衡前，必须先了解什幺是可逆反应，在一个可逆反应的前提之下，探讨化学平衡，才有意义，换言之，可以探讨化学平衡的反应必定是可逆反应。

首先先来谈谈可逆反应是如何被发现的！西元1798年，拿破仑远征埃及，亟需一名科学家辅佐谘询。因考虑在拉瓦节过世后，法国科学界的领导地位渐渐被克劳德贝托莱（Claude Louis Berthollet）取代，拿破仑遂决定聘任社会声望佳与科学成就卓越的贝托莱，成为其科学顾问。在埃及期间，贝托莱偶然发现，碳酸钠竟沉积在盐湖周围！基于对科学灵敏的认知，他立刻觉察到这应该是高浓度的盐在水体中缓慢蒸发造成的结果，如果要将此结果写成化学方程式，则恰是当时已熟知的方程式Na2CO3+ CaCl2–> CaCO3+ 2 NaCl之逆向反应。于是西元1803年，贝托莱在其着作中，提出了『有些化学反应式不只有单向反应；也可以进行逆向反应』的观点，这也是现今我们所称之「可逆反应（reversible reaction）」的先驱。

那幺什幺是「可逆反应」呢？
在化学实验中，可以观察到有些反应只朝一个方向进行，例如氢氧化钠和盐酸的中和反应（NaOH(aq)+ HCl(aq) –> NaCl(aq)+ H2O），在常温常压下只会向右进行，为『不可逆反应（irreversible reaction）』。然而有些反应：例如在一密闭系统中，水会蒸发形成水蒸气；水蒸气也能凝结形成水，其互变的程度则因温度、压力之变化而有所不同。像这样在固定温度压力等条件的密闭系统下，反应能循化学式之右向进行、也能循其左向进行者，便称为「可逆反应」。通常这样的反应，反应物（reactant）都不会完全用尽，因为在正反应进行的当而，逆反应也会进行，只是正、逆反应的速率，不一定相同，所以有一部分的产物，会再转换成原来的反应物。

既然在一可逆反应中，反应物永远不会用尽，又该如何去判定「停止测量反应」的时间点？

如果观察到一个化学反应中颜色的改变、排放气泡或沉澱等现象，我们自然能知道，因反应而带来的变化仍持续进行，「反应尚未达到平衡」。例如式(一)的反应，在一透明、且密闭的系统里，四氧化二氮会渐渐转变为二氧化氮。在这过程里，我们能观察到这反应的容器，由透明的外观渐渐呈现红棕色，其色泽反应随时间的增加而加深，故可知二氧化氮的浓度正逐渐提高。
然而经过一段时间，会发现瓶内的颜色不再继续变化了，此时若分析密闭系统中的化学成分，则能发现 (一) 有二氧化氮生成，但四氧化二氮并未用完；(二) 在颜色不再变化之后的各个时间去侦测，并维持密闭系统的温度、压力…等反应条件的恒定，则会发现：四氧化二氮与二氧化氮的浓度维持定值，不随时间变化。而我们把这样的状态，称为达到「化学平衡」。就巨观而言，「化学平衡」就是反应物与产物的浓度都达到定值，不再变化。

然而为什幺一个可逆反应(在反应条件不变的情况下)，最终都会达到各个物种浓度不再变化的「平衡」状态呢？

其实在平衡的状态，巨观上浓度看似维持恆定，微观上反应却持续进行，只是单位时间内，各个物种的浓度变化，都达到定值，所以肉眼看不出变化，为一「动态平衡」。微观上，「化学平衡」就是正反应速率等于逆反应速率。

如(图一)所呈现的，若仍以(式一)做说明，在化学反应的初始，四氧化二氮的浓度高于二氧化氮的浓度，所以正反应速率大于逆反应速率（因为浓度越高、反应速率越快），使较多的四氧化二氮被分解成二氧化氮（相对的，较少的二氧化氮形成四氧化二氮）。在此阶段，二氧化氮浓度提高，四氧化二氮的浓度则减少，如此一来，也同时促使
正反应速率随着四氧化二氮浓度的降低而减缓；
逆反应速率随着二氧化氮浓度的增高而增快。

随着正反应速率的减缓、逆反应速率的增快，二氧化氮与四氧化二氮的浓度变化情形都逐渐缓和，直到正反应速率与逆反应速率相等，浓度不再变化，达到动态平衡。

参考资料:
1.高中化学 (泰宇出版社)
2.http://www.chem1.com/acad/webtext/chemeq/Eq-01.html#NAP