化学平衡
可逆反応と化学平衡
可逆反応
どちらの向きにも起こりうる反応
H2+I2−⇀↽−2HIを例に
正反応
\( \ce{H2 + I2 -> 2HI} \)
逆反応
\( \ce{H2 + I2 <- 2HI} \)
不可逆反応
一方向にしか進行しない反応
化学平衡
見かけ上反応が止まった状態
平衡状態
\( 正反応の反応速度 v_1 = 逆反応の反応速度 v_2 \)
可逆反応の条件
バラける方向と発熱する方向が逆
反応速度がある程度大きい
発熱量が大きいならば高温が必要
発熱する方向への勢い = バラける方向への勢い
自由エネルギーによる定義
\( G = E - S \times T \)
\( 自由エネルギー = 位置エネルギー - エントロピー \times 温度 \)
\( G_1 = G_2 \)の状態
化学平衡の法則
Law of mass action
\( \ce{aA + bB <=> cC + dD} \)が平衡状態
平衡定数
濃度平衡定数
\( K_C = \dfrac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b} \)
速度による説明
\( \dfrac{\ce{[HI]^2}}{\ce{[H2][I2]}} = \dfrac{k_1}{k_2} = K \)
\( v_1 = v_2 \)
\( v_1 = k_1 \ce{[H2][I2]} \)
\( v_2 = k_2 \ce{[HI]^2} \)
自由エネルギーによる説明
各物質の自由エネルギー\(G_A,G_B,G_C,G_D\)
\( G_A = G_A{}^\circ + RT\log[A] \)
\( Aがa \cdot \Delta n [\ce{mol}] 減少 \)
単純に反応式から決定できない
圧平衡定数
\( K_p = \dfrac{p_C{}^c}{p_A{}^a p_B{}^b} \)
\( \dfrac{生成物}{反応物} = 一定 \)
\(状態方程式から [A] =\dfrac{RT}{P_A} \)
濃度平衡定数の式に代入
適当な近似を使う
化学平衡の移動
平行移動の原理
ルシャトリエの原理
可逆反応が平衡状態にあるとき，ある変化を加えて平衡を崩すと
その変化を和らげる方向に平行が移動する
速度から考える
\( v_1 \neq v_2 \)の状態にする
\( K = \dfrac{ [生成物(右辺) ] }{[ 反応物(左辺) ]} \)
自由エネルギーから考える
\( \Delta G = E - S \times T \)
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平衡定数からわかること
\( 平衡定数 K と 平衡状態でないときの \widetilde{K} \)
\( \widetilde{K} = K のときが平衡 \)
\( \widetilde{K} > K なら左に進行 \)
\( \widetilde{K} < K なら右方向に進行 \)