均衡 – セッション 2

溶存ガスのガス相平衡。混和しない液体と溶質の平衡。イオン平衡。

晴れた日に湖のそばに立っているところを想像してください。水の深みから泡が上がってくるのが見えました。これらの泡が何なのか、なぜ形成されるのか疑問に思ったことはありませんか?。実際にはガスは水に溶けています。システムが溶解したガス-ガス相平衡を確立しようとするため、泡が形成されます。しかし、溶存ガス-ガス相平衡とは何でしょうか?。この概念を理解しましょう。

ガスが液体に近づくと、ガス分子と液体の分子の間で相互作用が起こります。気体分子は運動エネルギーを持ち、ランダムに動きます。それらは液体の表面に衝突します。これらの衝突により、一部の気体分子は液体分子の引力によって捕捉されます。その結果、ガス分子が液相に組み込まれます。このプロセスはガス溶解として知られています。

液体中のガスの溶解プロセスは動的です。液体とガスが初めて接近すると、より多くのガス分子が液体に溶解します。これは、気相中のガス分子の濃度が高くなるためです。ガスが液体に溶解するにつれて、液体中のガス分子の濃度が増加します。液体中のガスの濃度が増加すると、溶解したガス分子の一部も再びガス相に逃げ出します。このプロセスは蒸発として知られています。

分子レベルでは、ガス分子は液体に溶解し続けます。同時に、同数のガス分子が液体から気相へと逃げ続けます。ただし、どちらの相でもガスの濃度に全体的な変化はありません。これは、ガス分子の溶解速度がガス分子の逃散速度と等しくなるためです。その結果、溶解したガス分子と気相分子の間に動的平衡が確立されます。これは、溶存ガス-ガス相平衡とも呼ばれます。

実生活で溶解ガスとガス相の間の平衡を観察したことがありますか?。そうですね、ソーダのボトルを開けたときにそれを経験したことがあるかもしれません。ソーダのボトルを開けると、ボトルからガスが抜ける音が聞こえます。これは、ガスがソーダボトルに溶解していることを示しています。ソーダボトル内の溶解ガスとガス相の間で平衡がどのように確立されるかを理解しましょう。

密封されたソーダボトルの中では、液体に二酸化炭素ガスが溶けています。製造工程中に、ソーダは炭酸化されます。炭酸化とは、圧力をかけた状態で二酸化炭素ガスを注入することを意味します。このプロセスにより、液体上の気相で二酸化炭素ガスの濃度が高くなります。

炭酸化による圧力により、二酸化炭素ガスが液体に溶解します。溶解した二酸化炭素分子の一部も液体上の気相に逃げます。特定の点では、二酸化炭素分子の溶解速度と二酸化炭素分子の逃散速度が等しくなります。これが動的平衡の状態です。

ソーダのボトルを開けると、ボトル内の圧力が急激に下がります。これはボトルの上部に二酸化炭素ガスが放出されるためです。その結果、液体上の気相中の二酸化炭素ガスの濃度は低下します。平衡も崩れます。システムは再び均衡を確立しようとします。液体からの二酸化炭素ガスが気相に逃げます。ボトルの上部にある二酸化炭素分子の一部が再び液体に溶解します。このプロセスにより、発泡と泡立ちが発生します。その結果、均衡が再び確立されます。

混和しない液体とは、互いに混ざったり溶解したりしない物質のことです。混ざり合わない 2 つの液体を混ぜると、明確な境界を持つ別々の層が形成されます。油と水は混ざらない液体の例です。油と水を混ぜると、別々の層が形成されます。 1 つの層は油で、もう 1 つの層は水です。

混ざり合わない 2 つの液体と溶質を含むシステムを考えてみましょう。これらの混ざらない液体は四塩化炭素と水です。溶質はヨウ素です。これら 2 つの混ざらない液体を混ぜると、別々の層が形成されます。

その後ヨウ素を加えます。最初、ヨウ素は四塩化炭素層に溶解します。これは、四塩化炭素とヨウ素が両方とも非極性であるためです。そのため、ヨウ素は四塩化炭素にほとんど溶けます。四塩化炭素層中のヨウ素濃度が増加すると、ヨウ素分子の一部が水層に移動し始めます。これは、四塩化炭素層内のヨウ素分子の濃度が非常に高い場合にのみ発生します。

ヨウ素の濃度が高い場合、ヨウ素分子のほんの少量だけが水に溶けます。これはヨウ素が水にほとんど溶けないからです。ヨウ素分子の一部はaqueous層から四塩化炭素層に移動します。一部は四塩化炭素層からaqueous層に移動します。この時点で動的平衡が確立されます。この平衡は特に非混和性液体溶質平衡と呼ばれます。

イオン平衡とは、溶液中のイオンが解離と再結合の間で動的にバランスを保っている状況を指します。化合物が水に溶解すると、その構成イオンに分解されることがあります。化合物がその構成イオンに分解されることを解離と呼びます。たとえば、塩化水素が水に溶けると、解離が起こります。水素イオンと塩化物イオンに解離します。

解離が続くと、溶解したイオンの一部が再結合して元の化合物を形成する可能性があります。このプロセスは組換えと呼ばれます。解離した水素イオンと塩化物イオンは再結合して塩化水素を形成します。

プロセス全体は可逆反応として表すことができます。この反応では、解離と再結合が同時に起こります。塩化水素の解離速度が水素イオンと塩化物イオンの再結合速度と等しくなったときに、イオン平衡が確立されます。イオン平衡は、イオンを含む溶液の挙動を理解するために不可欠です。

均衡 – セッション 3

均衡 – セッション 2

溶存ガスのガス相平衡。 混和しない液体と溶質の平衡。 イオン平衡。

溶存ガスのガス相平衡。混和しない液体と溶質の平衡。イオン平衡。