均衡 – セッション 3

平衡法則。均質平衡。異種平衡。分圧に関する平衡定数。

平衡状態では、順反応の速度は逆反応の速度に等しいことはすでにわかっています。これを平衡法則といいます。たとえば、水の蒸発速度と凝縮速度は平衡状態では等しくなります。平衡法則は、平衡状態にある可逆的な化学反応における反応物の濃度と生成物の関係を説明します。ここで、平衡法則の数学的表現を理解しましょう。

可逆反応の例を見てみましょう。反応物 A と反応物 B が反応して生成物 C と D を形成します。 a、b、 c 、dは反応係数を表します。この可逆反応の平衡法則の表現をここに示します。 Kc特定の温度における平衡定数を表します。

この平衡法則の数学的表現を導出してみましょう。この式を導くには、質量作用の法則を理解する必要があります。質量作用の法則によれば、化学反応の速度は反応物の濃度の積に正比例します。各反応物は、それぞれの化学量論係数の累乗で表されます。

ここで、この質量作用の法則を可逆反応に適用してみましょう。反応中の任意の瞬間において、順反応の速度は反応物 A と反応物 B の濃度の積に正比例します。反応物 A と反応物 B は、それぞれの係数乗されます。 kբ順反応の速度定数を表します。

逆反応の速度は、C と D の濃度の積に正比例します。 C と D も係数乗されます。 kᵣ逆反応の速度定数です。

平衡状態では、正反応と逆反応は同じ速度で起こります。したがって、与えられた数式では、順反応の速度は逆反応の速度と等しくなります。ここで、この方程式を変形して平衡定数を解きます。用語 kբ割った kᵣは、次のように表される単一の定数に結合される K꜀。 K꜀平衡定数と呼ばれます。

平衡法則をハーバー・ボッシュ過程に適用してみましょう。窒素ガスと水素ガスからアンモニアを合成する工業的な方法です。この反応のバランスの取れた化学式が与えられます。この反応では、窒素ガス分子 1 個が水素ガス分子 3 個と反応して、アンモニア分子 2 個が生成されます。

ハーバー・ボッシュ過程の平衡定数の式を示します。この式では、窒素ガス、水素ガス、アンモニアガスが角括弧で囲まれています。角括弧はこれらのガスの濃度を表します。

平衡定数の値は平衡の位置を示します。平衡状態における反応物と生成物の相対濃度を示します。の値が K꜀が 1 より大きい場合、均衡は製品に有利になります。これは、窒素ガスや水素ガスと比較して、平衡時のアンモニアの濃度が高くなることを意味します。

の値が K꜀が 1 未満の場合、平衡は反応物に有利になります (逆反応が優勢になります)。これは、アンモニアと比較して、平衡状態の窒素ガスと水素ガスの濃度が高くなることを意味します。の値が K꜀が 1 に等しい場合、反応物と生成物の量は平衡状態でほぼ等しくなります。これは、窒素ガス、水素ガス、アンモニアガスがかなりの量で平衡状態にあることを意味します。

可逆反応におけるすべての反応物と生成物が同じ相にある平衡を均一平衡と呼びます。これは、関係するすべての種が気相、液相、またはaqueousのいずれかにあることを意味します。均一系平衡反応の一例としては、ヨウ化水素の生成が挙げられます。この反応では、水素、ヨウ素、ヨウ化水素がgaseous相にあります。

不均一平衡は、反応物と生成物が異なる相にある場合に発生します。通常は、gaseousまたはaqueous種とともに、少なくとも 1 つの固体または液体相が含まれます。不均一平衡の例としては、水の蒸発と凝縮が挙げられます。液体の水はgaseousの水と平衡状態にあります。

不均一平衡の場合、純粋な固体と液体の濃度は一定のままです。変化するのは溶液中のガスまたは溶質の濃度のみです。与えられた例では、平衡定数の式にはgaseous種の濃度のみが含まれます。純粋な固体と純粋な液体の濃度は平衡定数の表現には含まれません。これは、反応の過程で変化しないためです。

ガスが関与する反応の場合、平衡定数は分圧で表すことができます。これは、ガスは濃度ではなく圧力で測定する方が便利だからです。分圧に関する平衡定数の表現は次のように表される KP。 KP生成物の分圧と反応物の分圧の比を表します。各部分圧項は、それぞれの物質の係数に等しい累乗されます。

可逆的な気相反応を考えてみましょう。平衡法則によれば、 KPが示されています。 PA、 PB、 PC、 PDそれぞれガスA、B、C、Dの分圧です。 a、b、 c、dはこれらのガスの化学量論係数です。

均衡 – セッション 3

平衡法則。 均質平衡。 異種平衡。 分圧に関する平衡定数。

平衡法則。均質平衡。異種平衡。分圧に関する平衡定数。