コア コンセプト
ルシャトリエの原理 化学平衡に関する最も重要な概念の 1 つです。これにより、さまざまな条件下で平衡状態にあるシステムの動作を予測できます。このチュートリアルでは、ル シャトリエの原理の定義と、それが濃度、温度、圧力の変化にどのように適用されるかについて説明します。
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概要:動的均衡
動的平衡、または化学平衡とは、正反応と逆反応の速度が等しいときの化学反応の状態を指します。生成物と反応物の濃度はどちらも一定のままです。これは、生成速度が等しいため、反応物と生成物の濃度が必ずしも等しくなければならないことを意味するのではなく、どちらの濃度も変化しないことを意味します。
化学平衡と動的平衡はほとんどの場合同じですが、技術的には、化学変化がない動的平衡の場合もあります。
ル・シャトリエの原則とは?
ル シャトリエの原理は、次のように述べています。動的平衡状態にあるシステムが、その条件の変化によって乱されると、平衡の位置が変化を打ち消すように移動します。これが具体的に、さまざまなケースにどのように適用されるかを調べてみましょう。
ル シャトリエの原理は、動的均衡の特定のケースにどのように適用されますか?
次のいくつかの説明では、次の化学平衡の例を使用しましょう:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇋ 2NH3 (g)
この有名なアンモニア合成反応はハーバー法です。
1.濃度の変化
反応物の 1 つの濃度を上げると、平衡位置が生成物の方に移動し、追加された反応物が打ち消されます。たとえば、さらに N2 システムに追加されると、H2 と反応します .これにより、より多くのアンモニアが生成されます。
同様に、反応物の 1 つの濃度を下げると、平衡位置は左にシフトします。この場合、N2 NH3 の多くが削除されました
これと同じ概念が、製品がシステムから取り除かれた状況にも当てはまります。変化を打ち消すために平衡位置が右にシフトし、より多くの製品が生産されます。
2.圧力の変化
圧力の変化は、ガスが関与する反応にのみ適用されます。これには、すべての反応物がガスではない反応も含まれます。
圧力を上げれば、圧力が下がる方向に平衡位置がずれます。ガスのモルが少ない側にシフトします。これは、ガスのモルが少ない側では、容器の側面と衝突するガス分子が少なくなり、圧力が発生するためです。本質的に、このシフトは、圧力を下げるために生成されるガス分子の数を減らします。この例では、平衡は右にシフトします。式の左側 (反応物) には 4 モルのガスがあり、右側 (生成物) には 2 モルがあります。
同様に、圧力を下げると、平衡位置が圧力を上げる方向に移動します。ガスのモルが多い側にシフトします。繰り返しになりますが、これはより多くのガス分子を生成するためであり、それらが容器の壁に衝突するとより大きな圧力が生じます。したがって、この例では、平衡は左にシフトします。
注:両側に同じモル数のガスがある場合、圧力を増減しても平衡位置には影響しません。同様に、不活性ガスの添加は平衡位置に影響を与えません。全圧は上昇しますが、他のガスとは反応しないため、分圧は上昇しません。
システムのコンテナの容積を増減すると、圧力に影響することに注意してください。反応をより小さな容量に移すと圧力が上がり、大きな容量にすると圧力が下がります。
3.気温の変化
この場合の正反応は発熱性であり、逆反応は吸熱性であることを意味します。これは、気温の変化を考えるときに知っておくことが重要です。
温度が上昇すると、温度を下げるために平衡位置が移動します。つまり、余分な熱を吸収する必要があります。したがって、吸熱反応の方向にシフトします（吸熱反応が熱を吸収するため）。この場合、前述したように、逆反応は吸熱反応であるため、平衡位置は左にシフトします。
温度が下がれば、平衡位置は温度を上げる方向に移動します。つまり、余分な熱を放出する必要があります。したがって、発熱反応の方向にシフトします（発熱反応が熱を放出するため）。この場合、前に述べたように、正反応は発熱反応であるため、平衡位置は右にシフトします。
触媒とルシャトリエの原理についての注意
実際、触媒を追加しても影響はありません 平衡位置について。これは、触媒が正反応と逆反応の両方の速度を速めるためです。これは、両方とも同じ量だけ変化するため、2 つのレートが等しいままであることを意味します。
ルシャトリエの原理の例:塩化コバルト錯体
塩化コバルト (II) ルシャトリエの原理を示すためによく使われます。塩化コバルトの溶液はピンク色ですが、濃塩酸を十分に加えると青色の錯体が形成されます。
[Co(H2 O)6 ](aq) (ピンク) + 4Cl(aq) → [CoCl4 ](aq) (青) + 6H2 O(l) + 熱
反応物を追加すると、溶液はより青くなります。さらに製品を追加すると、化学平衡が左にシフトし、溶液がピンク色に変わります。紫色の中間段階を得るのは簡単です。そのため、HCl を追加したり、食卓塩を追加したり、溶液を冷やしたりすると、より青色になります。水を加えるか、溶液を加熱すると、よりピンク色になります。
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