化学平衡の概念

化学平衡は、反応物と生成物の両方が一定の濃度で存在し、時間とともにさらに変化する傾向がない状態として定義されます。現在、特定のシステムの特性に目に見える変化はありません。正反応と逆反応の平衡速度は等しい。

たとえば、平衡状態での反応物と生成物の混合物

平衡では、2 つの反対の反応が同じ速度で発生するため、関与する物質に変化はありません。この特定の時点で、反応は完了したと見なす必要があります。平衡の定量的定式化は、可逆反応 A ⇋ B + C、その右側への反応速度、r1 であり、質量法則作用に基づく数式によって与えられます。 「r1 =k1[A]」、ここで k1 は比率です。 [A] は、反応物 A の濃度として表されます。

反応の順方向と逆方向の速度は、化学平衡のために必然的に調整されなければなりません.

これは、Van't Hoff 式によって観察される温度依存式です。触媒の添加は、逆反応と順反応の両方に同じように影響を与える可能性があり、平衡定数には影響しません。どちらの反応も、触媒の助けを借りて加速し、平衡速度に到達する速度を上げます。

化学平衡の法則は、正反応と逆反応の速度、および化学反応の変化速度を正しく理解するのに役立ちます。

化学平衡の法則

前方反応の割合 =後方反応の割合。

上記の式は、化学平衡の法則として知られています。ここで、K は平衡定数で、生成物のモル濃度を定義します。比率は、化学的挙動を理解し分析するために使用される反応物と生成物の量を定義します。

この定数は、気相反応の反応物と生成物の分圧として表すことができます。これを分圧で表すとKはKpとなります。

Kp =PCc x PDd / PAa x PBb

ここで、PA、PB、PC、PD は、反応混合物中の A、B、C、D の分圧です。

化学平衡の例

例として、水素とヨウ素の実験を分析してみましょう。これら 2 つの製品の蒸気は、一定温度の密閉容器に保管されます。反応が進行し始め、しばらくすると、ヨウ素と水素の一部がヨウ化水素に変換されて停止します。プロセスを停止した理由は、ダイナミズムのある特定のポイントに到達した後、2 つの定数が平衡レベルに達したためです。

同様に、密閉容器にヨウ化水素をいくらか入れ、しばらくして同じ温度に保ちます。水素分子とヨウ素分子に変換されます。したがって、製品の残りの部分は変更されません。ただし、2 つの定数は同じままで、実験と反応の両方で固定されます。この動的段階への到達は平衡と呼ばれます。

化学平衡の種類

化学平衡の法則には、均一平衡と不均一平衡の 2 種類があります。

均一平衡

このタイプの平衡では、すべての反応成分が、固体、気体、または液体などの物質の 1 つの相で表されます。これらのタイプの反応は、3 つの異なる方法で分類されます。

例

H2 (g) + I2 (g) ⇌ 2HI (g) , (Δn =0)

PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2 , (Δn =+ve)

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 , (Δn =-ve)

異種平衡

このタイプの平衡では、反応成分は同じ物質相にとどまりません。たとえば、炭酸カルシウムは分解して酸化カルシウムと二酸化カルシウムになります。

CaCO3 (s) ⇌ CaO (s) + CO2

この方程式には、化学平衡の 3 つの異なる段階が含まれます。

化学平衡の法則の熱力学的導出

化学平衡の法則の熱力学的導出は、このシステムではあらゆる種類の直接反応または逆反応が可能であることを示しています。このプロセスが任意の比率またはシステムで発生する場合、反応は 2 つの異なる反対方向に進行する可能性があります。したがって、任意のシステムの巨視的なパラメーターは、反応物質の濃度と特定の温度での定数との関係を変更しません。化学反応の平衡は、∑νiμi =0 として表すことができます。ここで、μi は各成分の化学ポテンシャルを表します。さらに、νi は反応の各成分の化学量論係数です。

結論

平衡状態は、反応物とアイテムの集中化に正味の変化がない状態です。ハーモニーに明らかな変化がないにもかかわらず、これはすべての複合反応が停止したことを意味するものではありません.