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可逆反応は両方向に発生しますが、すべての可逆反応は「平衡」位置に落ち着きます。このような反応の平衡を特徴付ける場合、平衡定数は生成物と反応物のバランスを表します。平衡定数を計算するには、生成物の濃度と反応中の反応物が平衡状態にあるときの知識が必要です。定数の値は、温度と、反応が発熱か吸熱かにも依存します。
TL; DR(長すぎる;読まなかった)
一般的な反応の場合:
aA(g)+ bB(g)⇌gG(g)+ hH(g)
ここで、小文字はそれぞれのモル数であり、大文字は反応の化学成分を表し、括弧内の文字は物質の状態を表します。次の式で濃度の平衡定数を見つけます。
Kc = g h ÷ ab
発熱反応の場合、温度を上げると定数の値が下がり、吸熱反応の場合、温度を上げると定数の値が上がります。
平衡定数の計算
平衡定数の式は、一般的な「均一な」反応(生成物と反応物の物質の状態が同じである)に言及しています。
aA(g)+ bB(g)⇌gG(g)+ hH(g)
小文字は反応の各成分のモル数を表し、大文字は反応に関与する化学物質を表し、括弧内の文字(g)は物質の状態(この場合はガス)を表します)。
次の式は、濃度の平衡定数(Kc):
Kc = g h ÷ ab
ここで、角括弧は、平衡状態の反応の各成分の濃度(1モルあたりのモル数)を示しています。元の反応の各成分のモルは、式の指数になっていることに注意してください。反応が生成物に有利な場合、結果は1より大きくなります。反応物に有利な場合、結果は1未満になります。
不均一な反応の場合、計算は同じですが、固体、純粋な液体、および溶媒はすべて計算で単純に1としてカウントされます。
圧力の平衡定数(Kp)は本当に似ていますが、ガスを含む反応に使用されます。濃度の代わりに、各成分の分圧を使用します:
Kp = pGg pHh ÷pAa pBb
ここで、(pG)は成分(G)などの圧力であり、小文字は反応の方程式のモル数を表します。
これらの計算は非常によく似た方法で実行しますが、平衡状態にある生成物と反応物の量または圧力についてどれだけ知っているかに依存します。既知の初期量と少しの代数を使用した1つの平衡量を使用して定数を決定できますが、一般に既知の平衡濃度または圧力を使用するとより簡単になります。
温度が平衡定数に与える影響
混合物に存在する物の圧力または濃度を変更しても、平衡定数は変化しませんが、これらの両方が平衡の位置に影響を与える可能性があります。これらの変更は、行った変更の効果を取り消す傾向があります。
一方、温度は平衡定数を変化させます。発熱反応(熱を放出するもの)の場合、温度を上げると平衡定数の値が下がります。熱を吸収する吸熱反応の場合、温度を上げると平衡定数の値が増加します。具体的な関係は、van’t Hoff方程式で説明されています。
ln(K2 ÷ K1)=(−∆H0 ÷ R)×(1 / T2 -1 / T1)
どこ(∆H0)は反応のエンタルピーの変化、(R)はユニバーサルガス定数、(T1)および(T2)は開始温度と最終温度、および(K1)および(K2)は定数の開始値と最終値です。