化学反応では、常に異なる数の原子と分子が存在します。化学物質を混合したときにこれらの数値がどのように変化するかについて、いくつかの規則があります。たとえば、2 つのガスが結合する場合、ガスの合計量は同じままでなければなりません。つまり、混合物中の分子の数は同じままです。これは化学平衡として知られています。
化学的平衡に影響を与える要因
温度、圧力、および濃度はすべて、システムの平衡状態に影響を与えます。それらのいずれかに変更するか、それぞれの量を変更すると、平衡が乱れていることがわかります.すべてが正常に戻ると、平衡が回復します。
ルシャトリエの原理は、プロセスの化学平衡に関する観察です。システムの温度、圧力、体積、または濃度の変化は、新しい平衡状態を達成するために予測可能な反対の変化を引き起こすと主張しています。実際には、Le Chatelier のアプローチを利用して、製品生産の強化を促進する反応状況を理解することができます。
濃度の変化
反応に余分な成分を追加すると、平衡は右側にシフトします（右側に向かって）。成分の濃度を下げたり、完全に取り除いたりすることもできます。これにより、均衡が左に移動し、元の開始点に向かいます。
その逆もまた真です。システムに製品を追加すると、平衡が左にシフトして、より多くの反応物が作成されます。あるいは、システムから反応物を除去すると、平衡が左にシフトします。
可逆反応は自己修正的です。濃度、温度、または圧力の変化によってそれらが平衡状態から外れると、システムは自動的に修正します.
一酸化炭素と水素ガスが結合してメタノールを生成するこのプロセスの平衡は、次の例を示しています。
CO + 2H2 ⇌ CH3OH
システム内の CO 濃度を上げたとします。ル シャトリエの原理によれば、メタノールの量が増加し、CO の全体的な変化が減少します。反応全体に種を追加すると、反応は種の追加に反対する側に利益をもたらします。
気圧の変化
体積が変化し、圧力が変化します。気体の反応物と生成物の総量が変化したため、圧力の変化が気体プロセスに影響を与える可能性があります。気体の反応物と生成物のモル数が一定のままである場合、圧力は平衡に影響しません。ルシャトリエの原理によると、溶液の体積は圧力にほとんど依存しないため、液体と固体の両方の圧力の変化は不均一な化学平衡では無視できます。その結果、ボリュームの変化は平衡に次のような影響を与えます:
- 反応物側のガスのモル数が減少するため、圧力が増加すると反応が逆になります。
- 圧力が下がると生成物側のガスのモル数が減少するため、反応が進みます。
不活性ガスの添加
不活性ガスの一定量の添加 - 一定量の不活性ガスが平衡系に導入されると、全圧が上昇します。一方、反応物と生成物の濃度は一定に保たれます。その結果、これらの条件下では、平衡への影響はありません。さまざまな反応物や生成物の単位体積あたりのモル数が減少します。その結果、平衡は気体のモル数の増加に有利に変化します。
気温の変化
温度が上昇すると、平衡は吸熱プロセスに移行します。一方、温度の低下は、バランスを発熱の方向にシフトさせ、発熱プロセスに有利に働きます。ルシャトリエの原理によれば、化学平衡に対する温度の影響は、反応中の H の符号によって定義されます。
反応熱は、平衡に対する温度の影響を決定するものです。吸熱過程では、熱が吸収され、H の値が正であることを思い出してください。したがって、熱は吸熱反応の反応物と見なすことができます。
ヒート + A ⇌ B; ΔH =正
シナリオは、発熱プロセスの場合とはまったく逆です。反応中に熱が発生するので、製品です。したがって、H の値は負です:
A ⇌ B + 熱; ΔH =マイナス
熱を反応物または生成物と見なすと、ルシャトリエの原理を濃度の増減と同じように使用できます。たとえば、吸熱反応の温度を上げることは、システムに追加の反応物を追加することと事実上同じであるため、ルシャトリエの原理によれば、平衡は右に移動します。一方、吸熱反応で温度を下げると、平衡が左に移動します。これは、温度を下げることは、この状況では反応物を除去することと同じであるためです。
触媒の効果:
触媒は反応を速めるだけで、化学平衡には影響しません。逆反応と順反応の両方を等しくスピードアップします。これは反応に影響を与え、より速く平衡に達します。触媒反応と無触媒反応では、同じ数の生成物と反応物が平衡状態で存在します。触媒の存在は、反応を刺激して、反応物から生成物への低エネルギー遷移状態を進行させるだけです。
結論
システムの温度、圧力、および濃度はすべて、平衡に影響を与える要因です。これらのコンポーネントの 1 つが変化すると、システムのバランスが変化し、システムは平衡を取り戻すまで再調整します。以降の部分では、平衡に影響を与える最も重要な要素のいくつかについて説明します。
