化学平衡とは

化学平衡 可逆反応では、2 つの反対の反応が同じ速度で発生する状態として定義できます。反応は止まりません。

化学平衡の例を考えてみましょう :

2NO2 (g)→ N2O4 (g)

NO2 は赤褐色ですが、N2O4 は無色です。 25℃で密封され真空にされたガラス容器に含まれる NO2 は、無色の N2O4 に変換され始めます。しかし、次第に茶色の強度が一定のままであることがわかり、NO2 の濃度がもはや変化していないことがわかります。この段階で、平衡状態に達します。

反応が次のタイプの場合:jA + kB ⇌ iC +mD.

質量作用の法則は、以下に示す平衡式で表すことができます:

K =[C] 私 [D] 私 ∕ [A] じ [B] か .

ここで、K は平衡定数です。

i、j、m、k は、それぞれ A、B、C、D の化学量論係数です。

化学平衡の種類と例

2 種類の化学平衡があります :

(i) 同種

(ii) 異種。

均一平衡:

均一反応は、さらに 3 つのタイプに分類できます。

最初のタイプ: 反応中、分子の数は変わりません。例:

(a) H2 (g) + I2 (g) ⇌ 2HI (g)。

(b) CH3COOH(l) + CH3CH2OH (l) ⇌ CH3COOCH2CH3 (l) + H2O (l).

2 番目のタイプ: 反応中の分子の数が増加します。例:

(a) PCl5 (g)⇌ PCl3 (g) + Cl2 (g)。

(b) 2NH3 (g) ⇌ N2(g) + 3H2(g)。

第 3 のタイプ: 反応中の分子の数が減少します。例:

(a) N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3 (g).

(b) 2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2SO3 (g)。

平衡定数の値は、これらの反応の特定の要因にも依存します:

• 反応の表現方法: 分子は生成物の濃度で、分母は反応物の濃度です。

A + B ⇌ C + D.

ここで、平衡定数 K は次のように記述できます。

K=[C][D]/[A][B].

しかし、逆の反応を考えると、

C + D⇌ A + B.

さて、K' =[A][B]/[C][D] =1/ K.

• 化学量論的表現: 可逆反応が 2 つ以上の化学量論式で記述できる場合、K の値はそれぞれの場合で異なります。平衡方程式に任意の値 n を掛けると、新しい平衡定数は K に等しくなります ん .

A+ B⇌ C+ D, K=[C][D]/[A][B].

nA +nB ⇌ nC + nD, K' =[C] ん [D] ん / [A] ん [B] ん =K ん .

• 濃度の代わりに分圧を使用: 反応が気相で発生する場合、物質の分圧は気相での濃度に比例するため、濃度の代わりに分圧を使用できます。

理想気体の方程式から PV=nRT

または P=(n/V) RT =CRT。

ここで、C は単位体積あたりのガスのモル数です。

一般的な反応については、

jA + kB⇌ lC + mD.

平衡時の分圧をそれぞれ PA、PB、PC、PD とする。

それで、K ぴ =(P c 私 )(P D 私 ) / ( P あ じ )( P B か ).

=( C C × RT) 私 (C D RT) 分 / (C あ RT) じ (C B RT) か .

=[C] 私 [D] 私 /[A] じ [B] か ×(RT) (l+m)-(j+k) =K (RT) Δn .

ここで、Δn =気体の反応物と生成物の係数の合計の差。

平衡定数の単位:

K には、反応物と生成物が等モルである反応の単位はありません。

一般に、K の単位は [M]∆n です。

ここで、M=モルリットル-1 および ∆n=ガス状生成物のモル数 - ガス状反応物のモル数.

同様に、Kp の単位 =[atm]∆n.

異種平衡:

複数の相が存在する可逆反応は、不均一反応として知られています。不均一反応で起こる平衡は、不均一平衡と呼ばれます。

例:

(a) CaCO3 (s) ⇌ CaO (s) + CO2 (g).

(b) H2O (g) + C (s) ⇌ H2 (g) + CO (g)。

炭酸カルシウムの分解の例を考えて、その平衡式を導出しようとすると、K' =[CO 2 ][CaO]/[CaCO 3 ].

ただし、実験的に、純粋な固相と純粋な液相の濃度は、不均一反応の平衡定数の式には現れないことがわかっています。ここで、CaCO3 は純粋な固体です。その活動は団結とみなされます。同様に、参照状態がそれぞれ純粋な CaCO3 と純粋な CaO であるため、CaO の活動も 1 です。

したがって、均衡式は次のように記述できます。

K=[CO2](1)/ (1) =[CO2].

Kp =PCO2 (1) / (1) =PCO2

一般化すると、純粋な固体または純粋な液体の場合、アクティビティは常に 1 であると言えます。

結論

結論として、化学反応には可逆反応と不可逆反応の2種類があると言えます。化学平衡は、可逆反応の特徴的な性質です。平衡状態とは、正反応と逆反応または逆反応の速度が等しい状態です。

ただし、反応は止まらないのでダイナミックです。

2 種類の化学平衡があります – 異種および同種。

すべての成分が相にある反応で起こる平衡は均一平衡と呼ばれますが、2 つ以上の相が存在する場合、平衡は不均一です。